專利名稱：鉆孔裝置及鉆孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常是對混凝土、柏油、花崗巖或大理石等石材以及基巖等脆性材料組成的被挖掘物進行鉆孔用的鉆孔裝置及鉆孔方法，特別是對貼有瓷磚的壁面的瓷磚或接縫等進行鉆孔時使用的、以及對鋪設(shè)在隧道或下水道等內(nèi)表面上的混凝土壁進行鉆孔時使用的鉆孔裝置及鉆孔方法。
背景技術(shù)：
作為對已經(jīng)鋪設(shè)的混凝土制的壁進行加強的方法，有下述方法首先，給該壁挖出一個大洞，在該挖了洞的開口部設(shè)置鋼制的撐條(結(jié)織鋼筋)，接著，用混凝土固定該撐條與配設(shè)在開口部內(nèi)周面上的樁，由此，對壁全體進行加強。這時的樁通過容納在開口部內(nèi)周面上所設(shè)置的孔中進行配設(shè)。
用于配設(shè)該樁的孔，例如如圖11所示，由下述的鉆孔裝置形成，該鉆孔裝置備有通過在圓筒狀工具本體前端設(shè)置片狀鉆頭80a而成的空心鉆80(鉆孔工具)和讓該空心鉆80圍繞軸線旋轉(zhuǎn)用的馬達(dá)81(旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置)，上述鉆頭80a是把超硬合金或超磨料分散配置到燒結(jié)粘合劑材料所得到的結(jié)合相中形成的。
換句話說，鉆孔時，一邊讓設(shè)置在空心鉆80前端的鉆頭80a旋轉(zhuǎn)，一邊將鉆頭80a推壓到被挖掘物的混凝土82上，借此，對混凝土82鉆孔，形成圓柱狀的芯83。接著，把殘存到混凝土82內(nèi)部的芯83的底部83a折斷之后，拔出芯83。由此，根據(jù)空心鉆80的直徑形成例如直徑為15～50mm程度、深度為50～500mm程度的孔。
另外，為了防止鋪設(shè)在隧道內(nèi)表面上的混凝土壁崩塌，貫通該混凝土壁，穿設(shè)有通到混凝土壁里側(cè)的基巖處的孔，將水泥漿從該孔注入混凝土壁與基巖之間，對混凝土壁加強。
對混凝土壁鉆孔時，對基巖鉆孔的以往的鑿巖機由于鑿巖機的振動反而促使崩塌而不采用。取而代之，為了給混凝土制的構(gòu)造物鉆孔，同時使用如圖11所示的鉆孔裝置。在這種情況下，根據(jù)空心鉆80的直徑，穿設(shè)例如直徑為70～100mm程度的孔。
另外，為了防止隨著外壁貼有瓷磚的建筑物的老化所導(dǎo)致的瓷磚的脫落，對瓷磚或瓷磚間的接縫鉆孔，形成到達(dá)襯底混凝土壁的孔，把樹脂從該孔注入快要脫落的瓷磚的里側(cè)，對瓷磚進行固著。對這樣的瓷磚或瓷磚間的接縫進行鉆孔時，使用例如對混凝土鉆孔的小型振動鉆。
但是，普通的振動鉆在鉆孔時是讓鉆振動的，一邊象錘一樣的打碎被挖掘物，一邊鉆孔，因此，反而促使瓷磚脫落，有損傷外壁的缺點。鑒于此，使用備有鉆孔工具和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的鉆孔裝置，上述的鉆孔工具在桿狀或圓筒狀工具本體的前端設(shè)有鉆頭，上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動該鉆孔工具圍繞軸線旋轉(zhuǎn)。
圖示的以往的鉆孔裝置，為了提高以馬達(dá)的給定輸出功率所得到的發(fā)生扭矩，通過齒輪等降低轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動安裝空心鉆的旋轉(zhuǎn)軸。這里所說的輸出功率是指不包括馬達(dá)的內(nèi)部損失而可以從馬達(dá)外側(cè)取出的輸出功率。在通過齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)傳遞旋轉(zhuǎn)運動的過程中，該輸出功率因摩擦等減少，但是，最終變換成用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動空心鉆的鉆孔裝置的輸出功率，并將該鉆孔裝置的輸出功率供給鉆孔中。
換句話說，假設(shè)挖掘時由來自被挖掘物的阻力而施加到空心鉆前端的切線方向的力的總和為Ft，空心鉆的半徑用r表示，則在鉆孔時讓空心鉆旋轉(zhuǎn)一周所需要作的功可用2πrFt表示，因此，當(dāng)空心鉆在單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)fN時，鉆孔裝置的功率可以用2πrFtfN表示。由于2πfN可表示為角速度ω，rω是空心鉆的外周側(cè)圓周速度v，所以，如果將該關(guān)系表示為2πrFtfN＝vFt，則更明確。但是，由于rFt是使空心鉆旋轉(zhuǎn)所必需的發(fā)生扭矩，因此，當(dāng)該發(fā)生扭矩為T時，鉆孔裝置的輸出功率與轉(zhuǎn)速和發(fā)生扭矩的乘積成比例，可用P輸出∝TfN表示。
于是，在鉆孔裝置的輸出功率P輸出為某個一定值的條件下，為了提高發(fā)生扭矩T，雖然存在著因齒輪等引起的輸出功率的傳動損失，但是，也要通過齒輪等降低馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，以降低鉆孔裝置的轉(zhuǎn)速fN。
然而，上述以往的鉆孔裝置具有鉆孔速度慢的缺點。因而，導(dǎo)致發(fā)生工期長、鉆孔時所產(chǎn)生的噪音或振動使周圍環(huán)境劣化的問題。
例如，在進行隧道的修補的情況下，必須穿設(shè)多個500～1000mm深度的孔，但是，在用以往的鉆孔裝置的情況下，穿設(shè)一個位置的孔，需要大約30分鐘，到穿設(shè)全部的孔結(jié)束，不僅人員開支龐大，還需要更多的工程費用。
另外，并不限于隧道的混凝土壁，近年來，還需要進行這樣的工程，即對下水管內(nèi)表面的混凝土壁鉆孔，將耐腐蝕材料注入下水管的里側(cè)。于是，要求開發(fā)出能夠沿著長距離的混凝土壁在短工期內(nèi)穿設(shè)多個孔的適當(dāng)技術(shù)。
另外，上述以往的鉆孔裝置不用振動鉆所采用的打擊振動，而是一邊降低鉆孔工具的轉(zhuǎn)速，一邊鉆孔的，因而，與普通的振動鉆相比較，還有鉆孔速度慢的缺點。一般來說，對于施工惡劣的建筑物等，有幾乎把外壁的瓷磚都剝落的情況發(fā)生。如果把瓷磚全部剝落，換上新的瓷磚的作業(yè)實際上非常費事，結(jié)果，需要對剝落的瓷磚的里側(cè)全部注入樹脂。在這種情況下，必須鉆孔的孔的數(shù)目非常龐大。因而，由于鉆孔時間增加，導(dǎo)致工期長、費用高的問題發(fā)生。由于這種原因，人們希望開發(fā)與振動鉆相比不遜色、可快速鉆孔、尤其是鉆孔時的振動不會助長瓷磚的脫落的、振動小的鉆孔裝置。
本發(fā)明的目的是，提供一種可消除打出給定深度的孔所作功中的無用功，并減少該值，在短時間內(nèi)對被挖掘物鉆孔的鉆孔裝置及鉆孔方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了下述事實即，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動鉆孔工具，該鉆孔工具在具有給定直徑的圓筒狀工具本體前端設(shè)置有鉆頭，該鉆頭是由超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的，并且，以0.6N/mm2以上的給定壓力將上述鉆孔工具的前端推壓到有脆性的被挖掘物、例如混凝土、柏油、花崗巖或大理石等石材、基巖等上進行鉆孔時，在鉆孔工具前端的鉆頭圓周速度為220m/min以下的區(qū)域，打出給定深度的孔所需要的作功與鉆頭的圓周速度一起增加，不論如何增加鉆頭的圓周速度，都不能有效地增加鉆孔速度；同時本發(fā)明者通過得到以下知識獲得本發(fā)明，即當(dāng)鉆頭的圓周速度至少為300m/min以上時，減少鉆孔所必要的作功，通過提高鉆頭的圓周速度，可以高速地鉆孔。
換句話說，本發(fā)明提供一種鉆孔裝置，該鉆孔裝置包括在桿狀或圓筒狀工具本體的前端設(shè)置有由超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的鉆頭的鉆孔工具；及驅(qū)動上述鉆孔工具圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，將被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的上述鉆孔工具的前端推壓到由脆性材料組成的被挖掘物上，對該被挖掘物進行鉆孔，上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的構(gòu)成為，在鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將上述鉆孔工具推壓到上述被挖掘物上，同時保持上述鉆頭外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上。
在本發(fā)明中，是使用在桿狀或圓筒狀的工具本體的前端設(shè)置有鉆頭的鉆孔工具，對混凝土、柏油、花崗巖或大理石等石材、基巖、瓷磚或其間的接縫等脆性材料組成的被挖掘物進行鉆孔的。在這種情況下，一旦以0.6N/mm2以上的給定壓力，將旋轉(zhuǎn)的鉆孔工具前端推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上時，能夠減少挖掘時鉆頭受到來自被挖掘物的阻力，進而可減少打出給定深度的孔所必要的作功(下文稱作鉆孔作功量)。于是，通過增加鉆頭的圓周速度，可提高鉆孔速度。
鉆頭圓周速度為220m/min～300m/min之間的區(qū)域是鉆孔作功量與圓周速度一起急劇減少的區(qū)域，鉆孔速度基本上從鉆頭的圓周速度超過250m/min的一帶隨鉆頭的圓周速度一起開始增加。因此，一旦構(gòu)成鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭外周側(cè)的圓周速度為250m/min以上的鉆孔裝置，則可以隨著圓周速度的增加一起增加鉆孔速度。
另外，一旦構(gòu)成鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭的圓周速度為400m/min以上的鉆孔裝置，則可以不依賴于脆性材料組成的被挖掘物的種類，就可增加鉆孔速度。
另外，一旦用過大的壓力把鉆頭推壓到被挖掘物上，會損壞鉆頭，因此，希望以6N/mm2以下的壓力進行鉆孔。最好是用3N/mm2程度的壓力推壓鉆頭進行鉆孔，這樣可有效地鉆孔。
此外，希望以2000m/min以下的圓周速度進行鉆孔。這是因為，如果鉆頭的圓周速度過于高速，就有可能損壞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置內(nèi)的軸承等；特別是，當(dāng)圓筒物體高速旋轉(zhuǎn)時，動平衡會變大，存在著物體受到破壞的危險；此外，與以往的鉆不同，在鉆孔工具的外周通常不設(shè)置螺旋狀槽等，孔的壁面與鉆孔工具之間是處于閉塞狀態(tài)進行鉆孔的，一旦圓周速度高時，研磨引起的熱量就很難通過切粉或水、空氣等冷卻劑放出。
再者，在本發(fā)明的鉆孔裝置中，上述鉆孔工具，其直徑最好為3mm以上、200mm以下。在該直徑的鉆孔裝置中，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的增加。
另外，在本發(fā)明的鉆孔裝置中，上述鉆孔工具，其直徑最好為3mm以上、小于15mm。在該直徑的鉆孔裝置中，特別是用桿狀的工具本體打出細(xì)直徑的孔時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
再者，在本發(fā)明的鉆孔裝置中，上述鉆孔工具，其直徑最好為15mm以上、小于50mm。在該直徑的鉆孔裝置中，特別是用圓筒狀的工具本體時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
還有，在本發(fā)明的鉆孔裝置中，上述鉆孔工具，其直徑最好為50mm以上、200mm以下。在該直徑的鉆孔裝置中，特別是用圓筒狀的工具本體時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
另外，在本發(fā)明的鉆孔裝置中，上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置備有使前端部安裝有上述鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)軸貫通、與該旋轉(zhuǎn)軸一體地設(shè)置的筒狀轉(zhuǎn)子；及設(shè)置在該轉(zhuǎn)子外周面上的圓筒狀的定子。
于是，在本發(fā)明中，由于鉆孔工具不通過齒輪而直接安裝在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸上，因此，可消除旋轉(zhuǎn)傳動系的作功損失，可使馬達(dá)的輸出功率依照原樣作為鉆孔裝置的輸出功率。進而可實現(xiàn)鉆孔裝置的小型化。
另外，鉆孔時，鉆頭在切線方向上其單位面積上需要至少0.2N/mm2程度的力。因此，在直徑為15mm以上、200mm以下的鉆孔工具的前端沿著圓周方向連續(xù)地設(shè)置刃厚為2mm程度的鉆頭時，根據(jù)鉆孔工具的直徑，至少需要0.14Nm～25Nm程度的扭矩。在該直徑為3mm以上、小于15mm的桿狀或圓筒狀的鉆孔工具的情況下，也需要與前端鉆頭的面積對應(yīng)的扭矩。在該扭矩作為負(fù)載作用的情況下，為了確保鉆頭圓周速度在300m/min以上，構(gòu)成馬達(dá)的轉(zhuǎn)子或定子的任何一方的構(gòu)成為具有釹、鐵、硼系或釤、鈷系稀土類磁鐵的話，則希望磁鐵的最大磁能積在100kJm-3以上。因此，可容易地將馬達(dá)的扭矩常數(shù)提高到0.1Nm/A以上。而且，能夠?qū)崿F(xiàn)直流馬達(dá)的小型、輕量化，在維持高輸出的同時，可實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)。
另外，也可以在上述旋轉(zhuǎn)軸上，沿軸線穿設(shè)有從旋轉(zhuǎn)軸后端側(cè)貫通到前端側(cè)的工具本體的連通孔。因此，設(shè)置有可從旋轉(zhuǎn)軸側(cè)取出芯用的壓出桿等，將水或空氣等流體從向鉆孔工具的前端送出。
進一步，還可以采用這樣的構(gòu)成，將直流電壓供給馬達(dá)的電源設(shè)置有控制部，該控制部檢測發(fā)生扭矩T與轉(zhuǎn)速fN，調(diào)整施加到直流馬達(dá)上的電壓，以便得到必要的發(fā)生扭矩T或圓周速度。更具體地說，當(dāng)施加給直流馬達(dá)的電壓為VM時，在發(fā)生扭矩T與轉(zhuǎn)速fN之間有VM≅KTT+KffN]]>的關(guān)系成立(KT、Kf為常數(shù))，另外，當(dāng)流過直流馬達(dá)的電流為IM時，有T≅KIIM]]>的關(guān)系成立(KI為扭矩常數(shù))，利用這兩個關(guān)系式，控制部基于馬達(dá)的已知特性曲線，由檢測出的流為IM的值算出發(fā)生扭矩T，進一步由所施加的電壓為VM的值算出轉(zhuǎn)速fN，或者根據(jù)編碼器直接檢測出轉(zhuǎn)速fN。并且，例如，該控制部還可以采用這樣的構(gòu)成，首先，在無負(fù)載狀態(tài)下，調(diào)整電壓為VM的值，使鉆孔工具的圓周速度為3O0m/min以上的給定值，控制以向被挖掘物輸送鉆孔裝置的方式構(gòu)成的鉆孔裝置輸送機構(gòu)，以0.6N/mm2以上的給定壓力將鉆孔工具向被挖掘物輸送，使鉆孔工具的前端切入被挖掘物，開始鉆孔，由此，把扭矩作用到鉆孔工具上的同時，調(diào)整所施加的電壓為VM的值，保持鉆孔工具的圓周速度為300m/min以上的給定值。
本發(fā)明提供一種鉆孔方法，驅(qū)動在圓筒狀工具本體的前端設(shè)置有由超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的鉆頭的鉆孔工具圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，將被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的上述鉆孔工具的前端推壓到由脆性材料組成的被挖掘物上，對該被挖掘物進行鉆孔，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將上述鉆孔工具推壓到上述被挖掘物上，一邊保持上述鉆頭外周側(cè)的圓周速度為3O0m/min以上，一邊對上述被挖掘物進行鉆孔。
在本發(fā)明中，在將旋轉(zhuǎn)的鉆孔工具前端以0.6N/mm2以上的給定壓力推壓到被挖掘物上，挖掘該被挖掘物的狀態(tài)下，通過保持鉆頭外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上，能夠減少挖掘時鉆頭受到來自被挖掘物的阻力，進而可將打出給定深度的孔所必要的作功保持為一定，并使其為低值。于是，通過增加鉆頭的圓周速度，可有效地提高鉆孔速度。
另，一旦用過大的壓力把鉆頭推壓到被挖掘物上，會損壞鉆頭，因此，希望以6N/mm2以下的壓力進行鉆孔。最好是用3N/mm2程度的壓力推壓鉆頭進行鉆孔，這樣可有效地鉆孔。
此外，希望以2000m/min以下的圓周速度進行鉆孔。這是因為，如果鉆頭的圓周速度過于高速，就有可能損壞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置內(nèi)的軸承等；特別是，當(dāng)圓筒物體高速旋轉(zhuǎn)時，動平衡會變大，存在著物體受到破壞的危險；此外，與以往的鉆不同，在鉆孔工具的外周通常不設(shè)置螺旋狀槽等，孔的壁面與鉆孔工具之間是處于閉塞狀態(tài)進行鉆孔的，一旦圓周速度高時，研磨引起的熱量就很難通過切粉或水、空氣等冷卻劑放出。
例如，在無負(fù)載狀態(tài)下，調(diào)整鉆孔工具的圓周速度，使其為300m/min以上的給定值。于是，用給定的輸送速度一邊讓鉆孔工具旋轉(zhuǎn)一邊向被挖掘物輸送鉆孔裝置，使鉆孔工具的前端切入被挖掘物，開始鉆孔，由此，把扭矩作用到鉆孔工具上的同時，調(diào)整鉆孔所要的輸出和輸送速度，保持鉆孔工具的圓周速度為300m/min以上的給定值的同時，進行鉆孔。
但是，鉆頭圓周速度為220m/min～300m/min之間的區(qū)域是鉆孔作功量與圓周速度一起急劇減少的區(qū)域，鉆孔速度基本上從鉆頭的圓周速度超過250m/min的一帶隨鉆頭的圓周速度一起開始增加。因此，一旦在鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭外周側(cè)的圓周速度為250m/min以上進行鉆孔的話，則可以隨著圓周速度的增加一起增加鉆孔速度。
另外，一旦在鉆孔時以0.6N/mm2以上的給定壓力，將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭的圓周速度為400m/min以上，進行鉆孔的話，則可以不依賴于脆性材料組成的被挖掘物的種類，就能可靠地增加鉆孔速度。
再者，在本發(fā)明的鉆孔方法中，上述鉆孔工具，其直徑最好為3mm以上、200mm以下。在這種情況下，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的增加。
另外，在本發(fā)明的鉆孔方法中，上述鉆孔工具，其直徑最好為3mm以上、小于15mm。在這種情況下，特別是用桿狀的工具本體打出細(xì)直徑的孔時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
再者，在本發(fā)明的鉆孔方法中，上述鉆孔工具，其直徑最好為15mm以上、小于50mm。在這種情況下，特別是用圓筒狀的工具本體時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
還有，在本發(fā)明的鉆孔方法中，上述鉆孔工具，其直徑最好為50mm以上、200mm以下。在這種情況下，特別是用圓筒狀的工具本體時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。


圖1是表示本發(fā)明第一實施例的示意圖，是表示鉆孔裝置一個例子的側(cè)視圖。
圖2是表示本發(fā)明第一實施例的示意圖，是用局部剖開表示鉆孔裝置的鉆孔裝置本體的側(cè)視圖。
圖3是用于說明本實施例鉆孔裝置支柱部結(jié)構(gòu)的支柱部的斷面圖。
圖4是用于說明本實施例的鉆孔裝置移動機構(gòu)的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)的移動機構(gòu)的斷面圖。
圖5是模式地表示本實施例的鉆孔裝置的電氣回路的方框圖。
圖6是表示鉆頭圓周速度與扭矩值所規(guī)格化的鉆孔速度的關(guān)系的示意圖。
圖7是表示鉆頭圓周速度與鉆孔裝置鉆孔作功量的關(guān)系的示意圖。
圖8是表示本發(fā)明第二實施例的示意圖，是表示鉆孔裝置一個例子的側(cè)視圖。
圖9是表示本發(fā)明第二實施例的示意圖，是用局部剖開表示鉆孔裝置的鉆孔裝置本體的側(cè)視圖。
圖10是表示本發(fā)明第三實施例的示意圖，是用局部剖開表示鉆孔裝置的鉆孔裝置本體的側(cè)視圖。
圖11是用于說明以往鉆孔裝置結(jié)構(gòu)的鉆孔裝置的斷面圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)

本發(fā)明的鉆孔裝置。
圖1至圖5示出了本發(fā)明鉆孔裝置的第一實施例，圖中，符號1是鉆孔裝置，符號1a是鉆孔裝置本體，符號1b是電源，符號2是由電源1b驅(qū)動的構(gòu)成鉆孔裝置本體1a的本實施例的直流馬達(dá)(以下稱作直動式馬達(dá))。
鉆孔裝置1包括設(shè)置在柏油、混凝土、花崗巖或大理石等石材及基巖等被挖掘物C上的設(shè)置部130；以及可自由旋轉(zhuǎn)地連接在該設(shè)置部130上、可相對該設(shè)置部130傾斜的支柱部140。鉆孔裝置本體1a與電源1b分體設(shè)置，通過可自由進退地安裝在支柱部140上的滑動機構(gòu)141支持在該支柱部140上。
另外，鉆孔裝置1的構(gòu)成為，與鉆孔裝置本體1a及電源1b分體地設(shè)置有用于控制鉆孔裝置1的遠(yuǎn)距離控制單元200。在該控制單元200上設(shè)置有轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕161和再起動按鈕162，轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕161用于調(diào)整直動式馬達(dá)2(旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置)的轉(zhuǎn)速，起動或停止該直動式馬達(dá)2，再起動按鈕162是當(dāng)通過電源連鎖把電源1b輸出的電壓降為零時再次輸出電壓用的。
直動式馬達(dá)2為通過施加直流電壓而旋轉(zhuǎn)的直流馬達(dá)，如圖2所示，其中心具有圓筒狀的旋轉(zhuǎn)軸11，在該旋轉(zhuǎn)軸11的前端上，在該旋轉(zhuǎn)軸11的前端所形成的螺紋部11a上可自由裝卸地螺紋連接地設(shè)置有適配器12，在該適配器12上可裝卸地安裝有圓筒狀的空心鉆13(鉆孔工具)，使該空心鉆13與旋轉(zhuǎn)軸相互連通。
在這種結(jié)構(gòu)中，適配器12呈中空的大致圓筒狀，其基端側(cè)設(shè)有與旋轉(zhuǎn)軸11的前端螺紋部11a螺紋連接的內(nèi)螺紋部12a，另外，在其前端側(cè)沿旋轉(zhuǎn)軸11的軸線0的方向設(shè)有用于安裝空心鉆13的基端的內(nèi)螺紋部12b。在這里，內(nèi)螺紋部12a是朝向通過鉆孔時的旋轉(zhuǎn)能緊固到旋轉(zhuǎn)軸11上的方向形成的。
另外，空心鉆13的結(jié)構(gòu)為，在形成直徑為15～50mm的圓筒狀中空管14(工具本體)的前端安裝有鉆頭15，該鉆頭15設(shè)置成朝圓周方向略為圓環(huán)狀的形式。在這里，鉆頭15是把超硬合金或超磨料(金剛石磨料或CBN磨料)通過分散配置到使金屬結(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑之類的粘合劑材料燒結(jié)、固化得到的結(jié)合相中形成的。或者在被挖掘物為大理石的情況下，通過電沉積把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的。而且，驅(qū)動前端安裝有這樣的鉆頭15的空心鉆13圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，朝軸線方向前端側(cè)輸送，借此挖掘被挖掘物C，形成原柱狀的芯。
在該空心鉆13的基端側(cè)設(shè)置有被安裝到適配器12上的裝卸部13a。該裝卸部13a上沿著空心鉆13的軸線方向形成有與適配器12的內(nèi)螺紋部12b螺紋連接的外螺紋部13b。在這里，外螺紋部13b是朝鉆孔時空心鉆13的旋轉(zhuǎn)使空心鉆13緊固到適配器12上的方向形成的。
直動式馬達(dá)2是不用齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，就可以直接使與旋轉(zhuǎn)軸11直接連接的工具的空心鉆13旋轉(zhuǎn)的直動式馬達(dá)，其構(gòu)成為，在鉆孔時以0.6N/mm2～6N/mm2范圍的壓力，將直徑為15mm以上、小于50mm的空心鉆13壓靠在被挖掘物C上，使其以300m/min～2000m/min的圓周速度旋轉(zhuǎn)。
另外，直動式馬達(dá)2的構(gòu)成為，在殼體16內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)子17和圓筒狀定子18，轉(zhuǎn)子17是通過將覆蓋有例如聚酰亞胺等耐熱樹脂的線圈卷繞而成的，定子18設(shè)置在該轉(zhuǎn)子17的外周面上，具有永久磁鐵。旋轉(zhuǎn)軸11通過壓入、插入上述轉(zhuǎn)子17的中心所形成的插通孔17a內(nèi)，一體地固定到轉(zhuǎn)子17上。
在這里，作為定子18的磁鐵，與一般所使用的鐵氧體磁鐵或鋁鎳鈷系磁性合金磁鐵相比較，可以使用小型、輕量就可得到高扭矩的、具有100kJm-3以上的非常高的最大磁能積的釹、鐵、硼系或釤、鈷系稀土類高密度磁鐵。另外，轉(zhuǎn)子17，其直徑為小于其長度尺寸的值。因此，該實施例的直動式馬達(dá)2的扭矩常數(shù)為0.12Nm/A，在本實施例中，在發(fā)生扭矩T(單位為Nm)與經(jīng)過直動式馬達(dá)2流動的電流IM(單位為A)之間，有T＝0.12×IM-0.6的關(guān)系成立。
在容納直動式馬達(dá)2的殼體16的上壁部16a與下壁部16b的內(nèi)側(cè)，分別設(shè)置有用于自由旋轉(zhuǎn)地支持轉(zhuǎn)子12的軸承19a、19b。換句話說，軸承19a、19b的構(gòu)成為，支持插通轉(zhuǎn)子17中心的旋轉(zhuǎn)軸11的上下端部附近，并接受作用到旋轉(zhuǎn)軸11以及插入有該旋轉(zhuǎn)軸11的轉(zhuǎn)子17上的推力方向的力與徑向方向的力。
在該直動式馬達(dá)2的后端部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸支持臺20和固定在該旋轉(zhuǎn)軸支持臺20上的用于容納旋轉(zhuǎn)軸11后端部的上部殼體21，旋轉(zhuǎn)軸支持臺20可自由旋轉(zhuǎn)地支持機械密封部38，該機械密封部38可旋轉(zhuǎn)且液密狀態(tài)地與旋轉(zhuǎn)軸11的后端部連接。
在上部殼體21上形成有與旋轉(zhuǎn)軸11的中心貫通孔11a連通的流路22，該流路22開口于上部殼體21的側(cè)方。開口于該側(cè)方的開口部23上連接有管24，從該管24送入濕式挖掘用冷卻水。
并且，將冷卻水從該管24通過上部殼體21的流路22，向旋轉(zhuǎn)軸11的中心貫通孔11a導(dǎo)入，之后，送入經(jīng)過適配器12連接到旋轉(zhuǎn)軸11前端部的空心鉆13內(nèi)，冷卻鉆頭15的挖掘位置。
另外，在上部殼體21上，在其后端部形成有安裝螺紋部31，在該安裝螺紋部31上通過螺紋擰入固定有蓋32。在該蓋32上，在其中心形成有插通孔34。另外，在上部殼體21上形成有與蓋32的插通孔34及旋轉(zhuǎn)軸11的中心貫通孔11a連通的連通孔35。在這些相互連通的插通孔34、連通孔35及貫通孔11a中插入有壓出桿36。另外，在壓出桿36與蓋32的插通孔34之間設(shè)置有O形圈37，進行密封。
符號25是與旋轉(zhuǎn)軸11接觸的、朝圓周方向配設(shè)到直動式馬達(dá)2的殼體16內(nèi)的上方側(cè)的電刷，把直流電壓施加到該電刷25上，就可以供給驅(qū)動電流。
把直流電源供給直動式馬達(dá)2的電源1b具有電源本體5，而且還備有輸入電纜52，該輸入電纜52具有把電源本體5連接到供給作業(yè)現(xiàn)場的交流源上用的插銷51。在電源本體5上除了設(shè)置主開關(guān)53外，還設(shè)置有根據(jù)輸入側(cè)電源的允許電流量，可選擇適當(dāng)?shù)碾娏髁康碾娏髁窟x擇開關(guān)54。另外，在這里，雖然圖中未示，但是，在電源本體5上還設(shè)置有其他的鉆孔作業(yè)緊急停止用的開關(guān)、用于導(dǎo)入電源冷卻用冷卻水的冷卻水導(dǎo)入口等。
在上述鉆孔裝置本體1a與電源1b之間設(shè)置有電纜7。該電纜7是利用有防水性的防水套74將圖中未示的兩根電流供給線與地線等捆在一起的一根電纜，并且其構(gòu)成為在搬運鉆孔裝置本體1a時，一體地纏繞電流供給線、地線等，上述兩根電流供給線用于將直流電流從電源1b供給直動式馬達(dá)2。
進一步，在電纜7的鉆孔裝置本體1a側(cè)的一端，設(shè)置有把電流供給線、地線等水密且一體地連接到鉆孔裝置本體1a上的多芯鉆孔裝置本體連接部7a，在電源1b側(cè)的另一端，設(shè)置有把電流供給線、地線等水密且一體地連接到電源1b上的多芯馬達(dá)電源連接部7b。并且防水套74保持水密性地安裝到該鉆孔裝置本體連接部7a與馬達(dá)電源連接部7b上，即使電纜7被水浸漬，其內(nèi)側(cè)的電流供給線、用于控制電源的導(dǎo)線及地線等也能成為防水的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，支柱部140由一對長條的支柱板140a、140a構(gòu)成，并且在該支柱板140a彼此之間設(shè)置有沿著該支柱部140的長度方向的滾珠絲杠91。該滾珠絲杠91由設(shè)置在支柱部140的上下端部近旁的軸承101可旋轉(zhuǎn)地支持。
可自由進退地安裝在該支柱部140上的滑動機構(gòu)141如圖3所示，具有圍繞支柱板140a、140a的周圍設(shè)置的滑動箱94；以及固定在該滑動箱94上的將滾珠絲杠91擰入該滑動箱94內(nèi)的滑動部件95。另外，在滑動箱94與支柱板5a之間，設(shè)置有可相對支柱板5a確保圓滑的滑動狀態(tài)的滑動板96。當(dāng)轉(zhuǎn)動滾珠絲杠91時，滑動箱94與擰入有該滾珠絲杠91的滑動部件95一起相對支柱部140滑動，滑動機構(gòu)141全體構(gòu)成為沿著支柱部140朝其長度方向移動的結(jié)構(gòu)。
該移動方向取決于滾珠絲杠91的旋轉(zhuǎn)方向，借助于滾珠絲杠91的圍繞順時針或圍繞逆時針的旋轉(zhuǎn)，固定到滑動機構(gòu)141上的鉆孔裝置本體1a由支柱部140支承，相對被挖掘物C進退地移動。
該滾珠絲杠91由設(shè)置在支柱部140上端部的移動機構(gòu)160(鉆孔裝置輸送機構(gòu))轉(zhuǎn)動。換句話說，如圖4所示，移動機構(gòu)160具有設(shè)置在容納箱103內(nèi)的移動用馬達(dá)104，在該移動用馬達(dá)104的旋轉(zhuǎn)軸104a上，通過離合器105連接有驅(qū)動帶106。在固定于該驅(qū)動帶106與滾珠絲杠91上端部的從動皮帶輪102上卷繞有傳遞帶107，借助于該傳遞帶107，可將移動用馬達(dá)104的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞給滾珠絲杠91，使?jié)L珠絲杠91旋轉(zhuǎn)。在這里，設(shè)置于移動機構(gòu)160的移動用馬達(dá)104與卷繞有傳遞帶107的驅(qū)動帶106之間的離合器105是借助于磁力產(chǎn)生的磁粉結(jié)合力，通過以給定力連接彼此的軸的電磁離合器。
于是，移動機構(gòu)160通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動滾珠絲杠91，使鉆孔裝置本體1a沿支柱部140移動。
另外，鉆孔裝置本體1a除了采用滾珠絲杠之外，還可以采用由小齒輪與齒條的組合移動的構(gòu)成。
在遠(yuǎn)距離控制單元200上，設(shè)置有為了控制該移動機構(gòu)106而對移動機構(gòu)160的移動用馬達(dá)104的驅(qū)動進行ON·OFF的電源開關(guān)108以及用于調(diào)整移動用馬達(dá)104旋轉(zhuǎn)速度的速度調(diào)整旋鈕109。
圖5用方框圖模式地示出了鉆孔裝置1的電氣回路的構(gòu)成。如圖5所示，電源1b備有通過調(diào)整施加給雙向可控硅T的柵極G的觸發(fā)電流的觸發(fā)角，將輸入側(cè)T1的交流電壓相位的一部分周期地輸出給輸出側(cè)T2的相位控制部56；以及對相位控制部56的輸出側(cè)T2的電壓進行整流，將直流電壓施加給直動式馬達(dá)2，使電壓脈動平滑化的整流部57。
相位控制部56采用這樣的構(gòu)成，具有把來自例如兩端交流開關(guān)等的觸發(fā)電流施加給雙向可控硅T的柵極G的電源控制部58(控制部)，并根據(jù)來自設(shè)置于遠(yuǎn)距離控制單元200的轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕161的輸入(如圖中的VAL所示)以及來自再起動按鈕162的輸入(如圖中的RES所示)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整觸發(fā)電流的觸發(fā)角，控制向輸出側(cè)T2的輸出。
進一步，電源1b備有用于檢查流過直動式馬達(dá)2的電流IM的電流檢測器59，并且具有作為馬達(dá)驅(qū)動電壓停止裝置的自動斷路器，該自動斷路器在電流檢測器59檢測的電流值超過閾值時，就立刻停止電壓的輸出。
整流部57具有可以切去正弦曲線波峰的一部分的對相位控制部56的輸出電壓進行全波整流用的二極管部57a；及電氣地并聯(lián)連接到直動式馬達(dá)2上的、對電壓進行整流、使電壓脈動平滑化的電容57b。進一步，在整流部57上，設(shè)置有當(dāng)直動式馬達(dá)2停止時，能迅速從電容57放出所儲蓄的電荷的圖中未示的回路。利用所儲蓄的電荷，可以不再次旋轉(zhuǎn)起動直動式馬達(dá)2。
另外，電源1b還具有由上述手動的鉆孔裝置的控制切換成自動控制的圖中未示的切換開關(guān)。電源控制部58采用這樣的構(gòu)成，當(dāng)切換成自動控制時，根據(jù)所檢測的流過直動式馬達(dá)2的電流IM，由輸入給內(nèi)部所設(shè)置的存儲器內(nèi)的已知的特性曲線數(shù)據(jù)算出發(fā)生扭矩T，進一步由觸發(fā)電流觸發(fā)角算出施加到直動式馬達(dá)2的電壓VM，算出直動式馬達(dá)2的轉(zhuǎn)速、即空心鉆13的轉(zhuǎn)速fN。
除此之外，電源控制部58還采用這樣的構(gòu)成，將信號傳送給用于控制移動機構(gòu)160的移動機構(gòu)控制部160a，對移動機構(gòu)160進行控制，從而調(diào)整鉆孔裝置本體1a的進給速度，即鉆孔速度。并且，通過調(diào)整觸發(fā)電流的觸發(fā)角，調(diào)整施加到直動式馬達(dá)2的電壓VM，同時，將空心鉆13的圓周速度設(shè)定為300m/min以上的給定值。
下面，說明上述構(gòu)成的鉆孔裝置1的作用、以及使用該鉆孔裝置1對被挖掘物C進行鉆孔的作業(yè)。
首先，將位于支柱部140上方側(cè)的鉆孔裝置本體1a定位于被挖掘物C的給定鉆孔位置，使旋轉(zhuǎn)軸11的軸線與給定的鉆孔位置一致，將設(shè)置部130固定在被挖掘物C上。
如果將該鉆孔裝置本體1a設(shè)置于被挖掘物C上，則把鉆孔裝置本體連接部7a連接到鉆孔裝置本體1a，把馬達(dá)電源連接部7b連接到電源1b上，通過電纜7將鉆孔裝置本體1a與電源1b之間電連接在一起。使電源1b的主開關(guān)53處在ON側(cè)，與交流電壓供給側(cè)的允許電流相符合地設(shè)定電流量選擇開關(guān)54。按壓再起動按鈕162，將直流電壓施加給直動式馬達(dá)2的電刷25，使轉(zhuǎn)子17(或定子18)的線圈通電，在轉(zhuǎn)子17高速旋轉(zhuǎn)的同時，為了以濕式進行鉆孔，從圖中未示的冷卻水供給裝置經(jīng)過管24送入冷卻水。通過轉(zhuǎn)動設(shè)置于遠(yuǎn)距離控制單元200上的轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕161，設(shè)定扭矩為零狀態(tài)的此時的轉(zhuǎn)速，以便在手動情況下，使空心鉆13的圓周速度為300m/min以上的給定值。在自動控制的情況下，通過電源控制部58自動地調(diào)整施加到直動式馬達(dá)2上的電壓VM的值，使空心鉆13的圓周速度為300m/min以上的給定值。
此后，在空心鉆13高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，借助于移動機構(gòu)160使鉆孔裝置本體1a下降，借此，以0.6N/mm2以上的壓力，將連接于旋轉(zhuǎn)軸11前端部上的空心鉆13的鉆頭15推壓到被挖掘物C的表面上，借此，借助于以高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭15，在被挖掘物C上形成環(huán)狀孔H。這時，在自動控制的情況下，通過以空心鉆13的前端開始切削被挖掘物C的鉆孔，在把扭矩施加給空心鉆13的同時，控制施加到直動式馬達(dá)2上的電壓VM的值，將空心鉆13的圓周速度設(shè)定為300m/min以上的給定值。此后，控制所施加的電壓VM的值以及移動機構(gòu)160，保證鉆孔工具的圓周速度為300m/min以上的給定值，同時，以0.6N/mm2以上的給定壓力送入鉆孔工具。
在這樣的鉆孔作業(yè)中，在鉆頭15與用于加強被挖掘物C的鋼筋等硬的加強體接觸、直動式馬達(dá)2的旋轉(zhuǎn)突然受到抑制的情況下，感應(yīng)電壓會突然減少，僅僅變成線圈阻抗，有過大的電流流過。因此，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定閾值，如果電流檢測器59檢測的電流值超過閾值，則立刻通過自動斷路器停止相位控制部56的輸出。于是，在鉆頭15與鋼筋等加強體接觸的情況下，立刻停止直動式馬達(dá)2的旋轉(zhuǎn)，中斷鉆孔作業(yè)。
這樣，在連鎖驅(qū)動、中斷鉆孔作業(yè)的情況下，變換鉆孔的位置，變換到不與鋼筋接觸的位置，再次開始作業(yè)。這時，為了再度使直動式馬達(dá)2旋轉(zhuǎn)，按壓再起動按鈕162。
此外，在鉆孔作業(yè)中，即使有冷卻水灑到電纜7上，由于電纜7有防水性，因此，不會引起漏電或斷路等。
由此，如果形成給定深度的環(huán)狀孔H，則讓鉆孔裝置本體1a上升，從孔H中拔出鉆頭15，除去中心的芯，形成樁孔。在這里，當(dāng)從孔H中拔出鉆頭15時，在空心鉆13內(nèi)殘留有芯的情況下，將壓出桿36向前端側(cè)壓出。
如上述，根據(jù)本實施例，借助于從旋轉(zhuǎn)軸11直接把旋轉(zhuǎn)力施加給空心鉆13的直動式馬達(dá)2，可使空心鉆13以很高的速度旋轉(zhuǎn)，進而使鉆頭15的圓周速度達(dá)到300m/min以上。
在把旋轉(zhuǎn)的空心鉆13的前端以0.6N/mm2以上的給定壓力推壓到被挖掘物C上、挖掘該被挖掘物C的狀態(tài)下，由于能保證鉆頭15的外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上，因此，可以減少挖掘時鉆頭15受到來自被挖掘物的阻力，進而可減少打出給定深度的孔H所必要的作功。于是，通過增加鉆頭15的圓周速度，可提高鉆孔速度。
另外，由于空心鉆13的直徑在15mm以上、小于50mm，所以，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
另外，由于是把旋轉(zhuǎn)軸11壓入轉(zhuǎn)子17中心所形成的插通孔17a、進行直接固定實現(xiàn)一體化的，因此，可大幅度地提高鉆孔裝置本體1a全體的剛性，進而，能夠使空心鉆13高速旋轉(zhuǎn)，形成孔，與以往情況相比，可大幅度提高其鉆孔速度。結(jié)果，能迅速進行鉆孔作業(yè)，實現(xiàn)有鉆孔作業(yè)的各種施工作業(yè)工期的簡短化。
根據(jù)上述的本實施例，由于鉆孔到給定深度所需要的功沒有無用功，并減少了其值，所以，可以在短時間內(nèi)對被挖掘物鉆孔。
另外，在上述實施例中，雖然采用了不通過齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，就將作為鉆孔工具的空心鉆直接安裝到作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的直流馬達(dá)上的結(jié)構(gòu)，但是，在使用前端安裝有超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中所形成的鉆頭的空心鉆、對脆性材料組成的被挖掘物進行鉆孔的情況下，如果是這樣的鉆孔裝置，即一邊以0.6N/mm2以上的壓力把鉆頭推壓到被挖掘物上，一邊使鉆頭的外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上并進行旋轉(zhuǎn)、鉆孔，不言而喻，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置既可以是使用了液壓馬達(dá)的裝置，也可以是備有齒輪的裝置，在這里所說的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以想到的、能夠得到的全部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。
下面，利用圖8及圖9說明本發(fā)明的第二實施例。圖中，與圖1～圖5分別對應(yīng)的部分由于其構(gòu)成完全相同，標(biāo)有相同的符號，在此省略其說明，但是，關(guān)于相同符號，進行與上述第一實施例完全相同的動作，具有相同的功能。特別是在圖8及圖9中，雖然沒有示出圖3及圖5所示的構(gòu)成，但是，下面描述的第二實施例，也具有與圖3及圖5所示的構(gòu)成相同的構(gòu)成。
在本實施例中，空心鉆213的結(jié)構(gòu)為，在形成直徑為50～200mm的圓筒狀中空管214(工具本體)的前端安裝有鉆頭215，該鉆頭215設(shè)置成朝圓周方向略為圓環(huán)狀的形式。在這里，鉆頭215是把超硬合金或超磨料(金剛石磨料或CBN磨料)通過分散配置到使金屬結(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑之類的粘合劑材料燒結(jié)、固化得到的結(jié)合相中形成的。或者在被挖掘物為大理石的情況下，通過電沉積把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的。而且，圍繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動前端安裝有這樣的鉆頭215的空心鉆213，朝軸線方向前端側(cè)輸送，借此挖掘被挖掘物C，形成原柱狀的芯。
在該空心鉆213的基端側(cè)設(shè)置有被安裝到適配器212上的裝卸部213a。該裝卸部213a上沿著空心鉆213的軸線方向形成有與適配器212的內(nèi)螺紋部212b螺紋連接的外螺紋部213b。在這里，外螺紋部213b是朝鉆孔時空心鉆213的旋轉(zhuǎn)使空心鉆213緊固到適配器212上的方向形成的。
適配器212呈中空的大致圓筒狀，其基端側(cè)設(shè)有與旋轉(zhuǎn)軸11的前端螺紋部11a螺紋連接的內(nèi)螺紋部212a，另外，在其前端側(cè)沿旋轉(zhuǎn)軸11的軸線0的方向設(shè)有用于安裝空心鉆213的基端的內(nèi)螺紋部212b。此外，內(nèi)螺紋部212a是朝向通過鉆孔時的旋轉(zhuǎn)能緊固到旋轉(zhuǎn)軸11上的方向形成的。
直動式馬達(dá)2在其中心具有圓筒狀的旋轉(zhuǎn)軸11，在該旋轉(zhuǎn)軸11的前端上，在該旋轉(zhuǎn)軸11的前端所形成的螺紋部11a上可自由裝卸地螺紋連接地設(shè)置有適配器212，在該適配器212上可裝卸地安裝有圓筒狀的空心鉆213(鉆孔工具)，使該空心鉆213與旋轉(zhuǎn)軸相互連通。直動式馬達(dá)2是不用齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)就可以直接使與旋轉(zhuǎn)軸11直接連接的工具的空心鉆13旋轉(zhuǎn)的直動式馬達(dá)，其構(gòu)成為，在鉆孔時以0.6N/mm2～6N/mm2范圍的壓力，將直徑為50mm以上、小于200mm的空心鉆13壓靠在被挖掘物C上，使其以300m/min～2000m/min的圓周速度旋轉(zhuǎn)。
如上述，根據(jù)本實施例，借助于從旋轉(zhuǎn)軸11直接把旋轉(zhuǎn)力施加給空心鉆213的直動式馬達(dá)2，可使空心鉆213以很高的速度旋轉(zhuǎn)，進而使鉆頭215的圓周速度達(dá)到300m/min以上。
在把旋轉(zhuǎn)的空心鉆213的前端以0.6N/mm2以上的給定壓力推壓到被挖掘物C上、挖掘該被挖掘物C的狀態(tài)下，由于能保證鉆頭215的外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上，因此，可以減少挖掘時鉆頭215受到來自被挖掘物的阻力，進而可減少打出給定深度的孔H所必要的作功。于是，通過增加鉆頭215的圓周速度，可提高鉆孔速度。
另外，由于空心鉆213的直徑在50mm以上、小于200mm，所以，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
另外，由于是把旋轉(zhuǎn)軸11壓入轉(zhuǎn)子17中心所形成的插通孔17a、進行直接固定實現(xiàn)一體化的，因此，可大幅度地提高鉆孔裝置本體1a全體的剛性，進而，能夠使空心鉆213高速旋轉(zhuǎn)，形成孔，與以往情況相比，可大幅度提高其鉆孔速度。結(jié)果，能迅速進行鉆孔作業(yè)，實現(xiàn)有鉆孔作業(yè)的各種施工作業(yè)工期的簡短化。
另外，在上述第二實施例中，雖然采用了不通過齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，就將作為鉆孔工具的空心鉆直接安裝到作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的直流馬達(dá)上的結(jié)構(gòu)，但是，在使用前端安裝有超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中所形成的鉆頭的空心鉆、對脆性材料組成的被挖掘物進行鉆孔的情況下，如果是這樣的鉆孔裝置，即一邊以0.6N/mm2以上的壓力把鉆頭推壓到被挖掘物上，一邊使鉆頭的外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上并進行旋轉(zhuǎn)、鉆孔，不言而喻，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置即可以是使用了液壓馬達(dá)的裝置，也可以是備有齒輪的裝置，在這里所說的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以想到的、能夠得到的全部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。
下面，利用圖10說明本發(fā)明的第三實施例。
在圖10中，符號301是鉆孔裝置，符號302是構(gòu)成該鉆孔裝置的作為直流馬達(dá)的直動式馬達(dá)(旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置)。
直動式馬達(dá)302為通過施加直流電壓而旋轉(zhuǎn)的直流馬達(dá)，如圖所示，其中心具有圓筒狀的旋轉(zhuǎn)軸311，在該旋轉(zhuǎn)軸311的前端上，在該旋轉(zhuǎn)軸311的前端所形成的螺紋部311a上可自由裝卸地螺紋連接地設(shè)置有適配器312，在該適配器312上可裝卸地螺紋連接地設(shè)置有桿狀的鉆孔工具313。
在這種結(jié)構(gòu)中，適配器312呈中空的大致圓筒狀，其基端側(cè)設(shè)有與旋轉(zhuǎn)軸311的前端螺紋部311a螺紋連接的內(nèi)螺紋部312a，另外，在其前端側(cè)沿旋轉(zhuǎn)軸311的軸線0的方向設(shè)有用于安裝鉆孔工具313的基端的內(nèi)螺紋部312b。在這里，內(nèi)螺紋部312a是朝向通過鉆孔時的旋轉(zhuǎn)能緊固到旋轉(zhuǎn)軸311上的方向形成的。
另外，鉆孔工具313的結(jié)構(gòu)為，在形成直徑為3～15mm的桿狀工具本體314的前端安裝有鉆頭315。在這里，鉆頭315是把超硬合金或超磨料(金剛石磨料或CBN磨料)通過分散配置到使金屬結(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑之類的粘合劑材料燒結(jié)、固化得到的結(jié)合相中形成的?；蛘咄ㄟ^電沉積把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的。而且，圍繞軸線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動前端安裝有這樣的鉆頭315的鉆孔工具313，朝軸線方向前端側(cè)輸送，借此，對瓷磚或以瓷磚的接縫的脆性材料組成的被挖掘物鉆孔。
在該鉆孔工具313的基端側(cè)，沿著鉆孔工具313的軸線方向形成有與適配器312的內(nèi)螺紋部312b螺紋連接的外螺紋部313a。在這里，外螺紋部313a是朝鉆孔時鉆孔工具313的旋轉(zhuǎn)使鉆孔工具313緊固到適配器312上的方向形成的。
直動式馬達(dá)302是不用齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，就可以直接使與旋轉(zhuǎn)軸311直接連接的工具的鉆孔工具313旋轉(zhuǎn)的直動式馬達(dá)，其構(gòu)成為，在鉆孔時以0.6N/mm2～6N/mm2范圍的壓力，將直徑為3mm以上、小于15mm的鉆孔工具313壓靠在被挖掘物上，使其以300m/min～2000m/min的圓周速度旋轉(zhuǎn)。
另外，直動式馬達(dá)302的構(gòu)成為，在殼體316內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)子317和圓筒狀定子318，轉(zhuǎn)子317是通過將覆蓋有例如聚酰亞胺等耐熱樹脂的線圈卷繞而成的，定子318設(shè)置在該轉(zhuǎn)子317的外周面上，具有永久磁鐵。旋轉(zhuǎn)軸311通過壓入、插入上述轉(zhuǎn)子317的中心所形成的插通孔317a內(nèi)，一體地固定到轉(zhuǎn)子317上。
在這里，作為定子318的磁鐵，與一般所使用的鐵氧體磁鐵或鋁鎳鈷系磁性合金磁鐵相比較，可以使用小型、輕量就可得到高扭矩的、具有100kJm-3以上的非常高的最大磁能積的釹、鐵、硼系或釤、鈷系稀土類高密度磁鐵。另外，轉(zhuǎn)子317，其直徑為小于其長度尺寸的值。因此，該實施例的直動式馬達(dá)302的扭矩常數(shù)為0.12Nm/A，在本實施例中，在發(fā)生扭矩T(單位為Nm)與經(jīng)過直動式馬達(dá)302流動的電流IM(單位為A)之間，有T＝0.12×IM-0.6的關(guān)系成立。
在容納直動式馬達(dá)302的殼體316的上壁部316a與下壁部316b的內(nèi)側(cè)，分別設(shè)置有用于自由旋轉(zhuǎn)地支持轉(zhuǎn)子312的軸承319a、319b。換句話說，軸承319a、319b的構(gòu)成為，支持插通轉(zhuǎn)子317中心的旋轉(zhuǎn)軸311的上下端部附近，并接受作用到旋轉(zhuǎn)軸311以及插入有該旋轉(zhuǎn)軸311的轉(zhuǎn)子317上的推力方向的力與徑向方向的力。
另外，在該直動式馬達(dá)302的后端部設(shè)置有用于容納旋轉(zhuǎn)軸311后端部的上部殼體321。
此外，符號325與旋轉(zhuǎn)軸311接觸的、朝圓周方向配設(shè)到直動式馬達(dá)302的殼體316內(nèi)的上方側(cè)的電刷，把直流電壓施加到該電刷325上，就可以供給驅(qū)動電流。
把直流電源供給直動式馬達(dá)302的電源由蓄電池(圖中未示)、配線部(圖中未示)以及開關(guān)部(圖中未示)簡要地構(gòu)成，蓄電池組裝到用手握持鉆孔裝置301用的把持部303中，配線部用于將該蓄電池與電刷325電連接在一起，開關(guān)部與使手指握持把持部前端側(cè)的方式設(shè)置的扳機331聯(lián)動，進行回路的ON·OFF。
下面，說明上述構(gòu)成的鉆孔裝置301的作用、以及利用該鉆孔裝置301在瓷磚或以瓷磚的接縫的脆性材料組成的被挖掘物上進行鉆孔的作業(yè)。
首先，利用把持部303握住鉆孔裝置301，將鉆孔裝置301定位成旋轉(zhuǎn)軸311的軸線與被挖掘物的給定鉆孔位置一致。一旦把這樣的鉆孔裝置301相對于被挖掘物定位之后，用手指扳動扳機331，將直流電壓施加給直動式馬達(dá)302的電刷325，使轉(zhuǎn)子317(或定子318)的線圈通電，讓轉(zhuǎn)子317高速旋轉(zhuǎn)。在這里，通過旋轉(zhuǎn)圖中未示的轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕，設(shè)定無負(fù)載狀態(tài)的此時的轉(zhuǎn)速，以便在手動情況下，使鉆孔工具313的圓周速度為300m/min以上的給定值。在自動控制的情況下，自動地調(diào)整施加到直動式馬達(dá)302上的電壓VM的值，使鉆孔工具313的圓周速度為300m/min以上的給定值。
此后，在鉆孔工具313高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，將連接于旋轉(zhuǎn)軸311前端部的鉆孔工具313的鉆頭315推壓到被挖掘物的表面上，借此，借助于以高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭315，在被挖掘物上形成孔。這時，在自動控制的情況下，通過以鉆孔工具313的前端開始切削被挖掘物的鉆孔，在把扭矩施加給鉆孔工具313的同時，控制施加到直動式馬達(dá)302上的電壓VM的值，將鉆孔工具313的圓周速度設(shè)定為300m/min以上的給定值。此后，控制所施加的電壓VM的值，保證鉆孔工具的圓周速度為300m/min以上的給定值，同時，以0.6N/mm2以上的給定壓力送進鉆孔工具。在這里，為了讓鉆孔時的導(dǎo)程角變大，而負(fù)載不增大，將鉆孔工具313的圓周速度提高到使鉆孔工具313的輸送速度變快的程度。
如上文所述，根據(jù)本實施例，借助于從旋轉(zhuǎn)軸311直接把旋轉(zhuǎn)力施加給鉆孔工具313的直動式馬達(dá)302，可使鉆孔工具313以很高的速度旋轉(zhuǎn)，進而使鉆頭315的圓周速度達(dá)到300m/min以上。
在把旋轉(zhuǎn)的鉆孔工具313的前端以0.6N/mm2以上的給定壓力推壓到被挖掘物上、挖掘該被挖掘物的狀態(tài)下，由于通過保證鉆頭315的外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上，可以減少挖掘時鉆頭315受到來自被挖掘物的阻力，進而可減少打出給定深度的孔所必要的作功。于是，通過增加鉆頭315的圓周速度，可提高鉆孔速度。
另外，由于鉆孔工具313的直徑在3mm以上、小于15mm以下，所以，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
另外，由于是把旋轉(zhuǎn)軸311壓入轉(zhuǎn)子317中心所形成的插通孔317a、進行直接固定實現(xiàn)一體化的，因此，可大幅度地提高鉆孔裝置301全體的剛性，進而，能夠使鉆孔工具313高速旋轉(zhuǎn)，形成孔，與以往情況相比，可大幅度提高其鉆孔速度。結(jié)果，能迅速進行鉆孔作業(yè)，實現(xiàn)有鉆孔作業(yè)的各種施工作業(yè)工期的簡短化。
另外，在上述實施例中，雖然采用了不通過齒輪等旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，就將鉆孔工具直接安裝到作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的直流馬達(dá)上的結(jié)構(gòu)，但是，在使用前端安裝有超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中所形成的鉆頭的鉆孔工具、對脆性材料組成的被挖掘物進行鉆孔的情況下，如果是這樣的鉆孔裝置，即一邊以0.6N/mm2以上的壓力把鉆孔工具推壓到被挖掘物上，一邊使鉆頭的外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上并進行旋轉(zhuǎn)、鉆孔，不言而喻，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置既可以是使用了液壓馬達(dá)的裝置，也可以是備有齒輪的裝置，在這里所說的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以想到的、能夠得到的全部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。
實驗例下面，說明利用上述第一實施例的鉆孔裝置1的鉆孔方法的實驗例。
<實驗例1>
在備有上述構(gòu)成的鉆孔裝置1中，一旦鉆頭15的圓周速度為300m/min以上，實際上就可減少打出給定深度的孔所必要的鉆孔作功量，實現(xiàn)鉆孔速度隨著圓周速度的增加一起的增加，下面基于驗證這一點的實驗數(shù)據(jù)進行詳細(xì)說明。
為了測定相對被挖掘物C的鉆孔速度，一邊保持發(fā)生扭矩略為一定值，一邊改變平均每一分鐘的空心鉆13的轉(zhuǎn)速，改變鉆頭15的圓周速度，分別在每種圓周速度下，對于壓縮強度為JIS標(biāo)準(zhǔn)210kgf/cm2的混凝土組成的被挖掘物C，測定打出100mm～200mm的給定深度的孔所要的鉆孔時間。在這里，作為空心鉆13，采用在管14的前端大致沿全周設(shè)置鉆頭15的結(jié)構(gòu)，作為鉆頭15，采用其外徑為25mm、刃厚為2mm、軸向長度為6mm的、把粒度尺寸為#40/50的高品級金剛石磨料分散配置到密度為1.76ct/cc的作為金屬結(jié)合劑材料的W-Cu-Sn中所形成的鉆頭。另外，鉆孔時，讓略接近室溫的冷卻水一邊以3l/min流動一邊向下進行鉆孔。
表1～表5是無負(fù)載時空心鉆13的轉(zhuǎn)速分別為1000rpm、1500rpm、2000rpm、3000rpm、5000rpm的情況下，一邊向被挖掘物C施加給定壓力，一邊送進空心鉆13，保持流過直流馬達(dá)2到達(dá)電流略為恒定，將與要鉆孔時同樣的扭矩負(fù)載作用到空心鉆13上，測定此時的轉(zhuǎn)速與鉆孔時間的結(jié)果。測定時，由于確認(rèn)空心鉆13的狀態(tài)在側(cè)定時是不變化的，因此，在測定時，在測定的前后，分別以7000rpm程度的轉(zhuǎn)速進行確認(rèn)鉆孔。
〔表1〕

〔表2〕

〔表3〕

〔表4〕

〔表5〕

在這些表中，鉆孔時流過直動式馬達(dá)2的電流值大致在28A前后，是一定的。在本實施例中，由于在發(fā)生扭矩T(單位為Nm)與電流IM(單位為A)之間，有T＝0.12×IM-0.6的關(guān)系成立，因此，在上述表中，可以看出，也能將發(fā)生扭矩保持為一定，使鉆頭15所受來自被挖掘物C的負(fù)載略為一定。也就是說，由于鉆頭15的外徑同為25mm，所以扭矩相等意味著施加到鉆頭15切線方向的力略為一定。但是，一旦鉆頭15向被挖掘物C的進刀深度變化時，與之對應(yīng)，受來自被挖掘物的阻力也是變化的，因此，鉆頭15沿切線方向施加的力略為一定意味著無論鉆頭15向被挖掘物C的進刀深度處于大致相同的程度或者不相同，若假如轉(zhuǎn)速高到使空心鉆13或鉆頭15與切粉或被挖掘物C之間的摩擦變大、負(fù)荷增大的話，在轉(zhuǎn)速高的情況下，與轉(zhuǎn)速低的情況相比，至少鉆頭15向被挖掘物C的進刀深度不會變大。
另外，表6是鉆孔時作用到空心鉆13上的扭矩負(fù)載值為兩個不同的值，為了在不同的負(fù)載條件下進行比較，讓鉆孔時流過直動式馬達(dá)2的電流值為15A和30A的兩種不同的值，并分別保持該電流值略為恒定，對于無負(fù)載時空心鉆13的轉(zhuǎn)速分別為1000rpm、1500rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm的情況，一邊向被挖掘物C作用給定壓力，一邊送進空心鉆13，測定此時的轉(zhuǎn)速與鉆孔時間的結(jié)果。
〔表6〕

那么，作為鉆孔裝置進行鉆孔的功率的輸出功率P輸出，如上文所述，與轉(zhuǎn)速fN和發(fā)生扭矩T的乘積成比例，并且用P輸出∝TfN表示，因此，如果發(fā)生扭矩T略為一定、轉(zhuǎn)速fN上升、使鉆頭15的圓周速度上升，則輸出功率P輸出與此對應(yīng)，也上升。在這里，由于一邊保持電流值一定，一邊將施加于鉆頭15上的切線方向的力保持略為一定，在朝切線方向施加略為一定的力FN的同時進行鉆孔，因而，假設(shè)鉆孔時間為Δt，則打出給定深度L的孔所需要的鉆孔作功量E為E＝2πTfN×Δt×FNL。首先，在沒有摩擦等引起作功消耗的理想狀態(tài)下，為打出一定深度的孔所必要的鉆孔作功量E可考慮成是不依賴于轉(zhuǎn)速fN的一定值。于是，可以考慮，鉆孔所要的鉆孔時間Δt隨著輸出功率P輸出的增加而減少，鉆孔速度VH＝L/Δt，與輸出功率P輸出成比例地增加。
在這里，用圖6示出從表1～表6的值算出鉆頭15外周側(cè)的圓周速度與鉆孔速度，并以圓周速度(單位m/min)為橫軸，以鉆孔速度為縱軸劃出曲線的圖。
在這里，雖然表1～表6中說到了略為一定，但是，除去經(jīng)過稍微(2成的程度)變動的發(fā)生扭矩值對鉆孔速度的影響，為了比較鉆孔速度，在圖6中，用鉆孔速度除以鉆孔時的發(fā)生扭矩值所得到的標(biāo)準(zhǔn)化的量(L/Δt)/T(單位10-3N-1·sec-1)作為鉆孔速度。因此，圖6示出了發(fā)生扭矩值一定、只有鉆頭15的圓周速度變化的情況下的鉆孔速度變化的形式。在圖中菱形點A1及+形點A2是流過直動式馬達(dá)2的電流為30A的情況，另外，四邊形點A3是流過直動式馬達(dá)2的電流為15A的情況。
從圖可以看出，圓周速度在220m/min以下時，與預(yù)想的情況相反，即使空心鉆13的圓周速度增加，鉆孔速度也不會與之成比例地增加。其值基本保留一定，而且，即使流過直動式馬達(dá)2的電流、即發(fā)生扭矩不同，其走勢也無變化。如上文所述，對于鉆頭進刀深度與發(fā)生扭矩彼此的關(guān)系給出了下面的事實，在本實驗例中，由于發(fā)生扭矩為一定，其結(jié)果是，圓周速度為300m/min以上時，雖然鉆孔速度在增加，但是，進刀深度不與圓周速度一起發(fā)生改變。
圖7示出了忽略了用于送進鉆孔裝置所必要的為一定的作功量，僅僅著眼于利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0，利用E0＝2πTfN×Δt的關(guān)系，從表1～表6的值算出鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E，并以鉆頭15外周側(cè)的圓周速度(單位m/min)為橫軸，以單位深度下的鉆孔裝置進行的鉆孔作功量(單位J/mm)為縱軸劃出曲線的圖。在圖中，菱形點A1及+形點A2是流過直動式馬達(dá)2的電流為30A左右的情況，另外，四邊形點A3是流過直動式馬達(dá)2的電流為15A左右的情況。從圖可以看出，在圓周速度為220m/min以下的區(qū)域，利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0大致與圓周速度成比例地增加。而且，即使流過直動式馬達(dá)2的電流不同時，在各個圓周速度下的鉆孔作功量E0的值是相同的。這是因為，當(dāng)鉆頭15的進刀深度變大時，負(fù)載也隨該深度成比例地變大，另一方面，鉆孔所必要的空心鉆13的轉(zhuǎn)速變小，因而，從整體上看，可考慮鉆孔作功量E0沒有變化?？傊词巩?dāng)把空心鉆13壓靠在被挖掘物C上時的壓力不同，施加到空心鉆13上的負(fù)載值是變化的，由于在圓周速度為220m/min以下時，隨著空心鉆13的圓周速度的增加，鉆孔作功量會增加，因而鉆孔速度不會增加。
但是，在圖7中，觀察鉆頭的圓周速度高的區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)，在圓周速度為250m/min～300m/min的范圍，利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0隨著圓周速度的增加急劇地減少，至少在圓周速度為300m/min以上的區(qū)域，鉆孔作功量E0下降到圓周速度為220m/min的鉆孔作功量的值的一半以下。結(jié)果，如圖6所示那樣，圓周速度為300m/min以上時，鉆孔速度與圓周速度一起單調(diào)地增加。
上文所表示的結(jié)果表明，雖然是空心鉆直徑為25mm的情況，但是，使用直徑為15mm以上、小于50mm的空心鉆，以0.6N/mm2以上的給定壓力送進該空心鉆的情況下，也能得到類似的測定結(jié)果，在鉆頭外周側(cè)的圓周速度至少為300m/min以上的情況下，不依賴于空心鉆的直徑，通過減少鉆孔裝置進行的鉆孔作功量，可與圓周速度一起增加鉆孔速度。
如上文所述，以保持進刀深度一定為目的，一邊保持發(fā)生扭矩為一定、一邊進行鉆孔時，如果是以往技術(shù)，雖然預(yù)想著鉆孔速度會隨著鉆頭圓周速度一起單調(diào)地增加。但是，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，鉆孔速度并不能隨著圓周速度增加的同時單調(diào)地增加，當(dāng)鉆頭圓周速度小于220m/min時，由于鉆孔所需的作功量在增加，所以，不能有效地增加鉆孔速度；進一步還發(fā)現(xiàn)，在鉆頭圓周速度為250m/min～300m/min的范圍，鉆孔所需的作功量在減少，因此，當(dāng)鉆頭圓周速度為300m/min以上時，通過增加鉆頭的圓周速度，可有效地增加鉆孔速度。因而，根據(jù)本發(fā)明的鉆孔裝置與鉆孔方法，可以消除打出給定深度的孔所必要的作功量的無用功，并將其值減少，可在短時間內(nèi)對被挖掘物鉆孔。
<實驗例2>
使用無負(fù)載時圓周速度為300m/min以上，鉆孔時作用有負(fù)載的情況下，鉆頭外周側(cè)的圓周速度為220m/min以下的以往的鉆孔裝置。在此，將本發(fā)明的鉆孔裝置1與以往用的鉆孔裝置的鉆孔速度進行比較。換句話說，作為以往所使用的鉆孔裝置，預(yù)備市售的的兩種類型的鉆孔裝置A與鉆孔裝置B，對于壓縮強度為JIS標(biāo)準(zhǔn)210kgf/cm2的混凝土組成的被挖掘物C，進行深度為200mm的鉆孔，分別測定出鉆孔時間，并進行比較。在這里，鉆孔裝置A、鉆孔裝置B及鉆孔裝置1所使用的空心鉆與實驗例所使用的空心鉆相同。
表7示出了在這樣的條件下，對使用鉆孔裝置A、鉆孔裝置B及鉆孔裝置1進行鉆孔的情況下的鉆孔時間進行比較的情況。
〔表7〕

在鉆孔裝置A的情況下，供給17A的電流，當(dāng)轉(zhuǎn)速fN為2500rpm、鉆頭的圓周速度為200m/min、發(fā)生扭矩T為3.2Nm時，在混凝土被挖掘物上打出深度200mm的孔需要約55秒。
另外，在鉆孔裝置B的情況下，供給9A的電流，當(dāng)轉(zhuǎn)速fN為750rpm、鉆頭的圓周速度為60m/min、發(fā)生扭矩T為7.5Nm時，在混凝土被挖掘物上打出深度200mm的孔需要約60秒。由于與鉆孔裝置的輸出功率成比例的轉(zhuǎn)速fN與發(fā)生扭矩T之積僅僅是先前敘述的鉆孔裝置例子情況下的7成的程度，因此，不能單純地進行比較，假設(shè)轉(zhuǎn)速與發(fā)生扭矩之積相等，在這樣的轉(zhuǎn)速下評價鉆孔時間時，為40秒的程度。
另一方面，在本發(fā)明鉆孔裝置1的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速fN為5700rpm、鉆頭的圓周速度為450m/min、發(fā)生扭矩T為1.4Nm時，在同樣的混凝土被挖掘物上打出深度200mm的孔需要約16秒。
從這些值算出利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量時，在用鉆孔裝置A的情況下為46.2kJ，在用鉆孔裝置B的情況下為35.3kJ，在用鉆孔裝置1的情況下為13.4kJ，僅僅比較利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量，就能看出，用鉆孔裝置1的情況下為最少。由于送進鉆孔裝置所必要的送進方向的力與鉆頭切線方向所必要的力成比例，因此，對鉆孔作功量全體進行比較，其順序也不會發(fā)生變化。
于是，很明顯，在鉆頭圓周速度為300m/min以上進行鉆孔時，鉆孔作功量變小，通過增加圓周速度，可有效地提高鉆孔速度。
根據(jù)上述的實驗例可知，通過使鉆頭的圓周速度增加到300m/min以上進行鉆孔，可減小鉆孔作功量，縮短鉆孔時間。
另外，鉆頭圓周速度為220m/min～300m/min之間的區(qū)域是鉆孔作功量與圓周速度一起急劇減少的區(qū)域，鉆孔速度基本上從鉆頭的圓周速度超過250m/min的一帶隨鉆頭的圓周速度一起開始增加。因此，一旦鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭外周側(cè)的圓周速度為250m/min以上進行鉆孔的話，即使沒有明顯的誤差，至少鉆孔速度與圓周速度一起增加。
另外，一旦鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭的圓周速度為400m/min以上進行鉆孔時，則可以不依賴于脆性材料組成的被挖掘物的種類，就能可靠地增加鉆孔速度。
進一步，通過驗證實驗也表示出，即使在備有第二實施例構(gòu)成的鉆孔裝置1中，一旦鉆頭215的圓周速度為300m/min以上時，實際上打出給定深度的孔所必要的鉆孔作功量減少，可隨著圓周速度的增加，提高鉆孔速度。
為了測定相對被挖掘物C的鉆孔速度，一邊保持發(fā)生扭矩略為一定值，一邊改變平均每一分鐘的空心鉆213的轉(zhuǎn)速，改變鉆頭215的圓周速度，分別在每種圓周速度下，對于壓縮強度為JIS標(biāo)準(zhǔn)210kgf/cm2的混凝土組成的被挖掘物C，測定打出100mm～200mm的給定深度的孔所要的鉆孔時間。在這里，作為空心鉆213，采用在管214的前端大致沿全周設(shè)置鉆頭215的結(jié)構(gòu)，作為鉆頭215，采用其外徑為75mm、刃厚為2mm、軸向長度為6mm的、把粒度尺寸為#40/50的高品級金剛石磨料分散配置到密度為1.76ct/cc的作為金屬結(jié)合劑材料的W-Cu-Sn中所形成的鉆頭。另外，鉆孔時，與上述實驗例1相同，一邊把給定壓力作用到被挖掘物C上，一邊送進鉆頭213，測定此時的轉(zhuǎn)速與鉆孔時間。
結(jié)果可從表1～表6及圖6與圖7所示的值得出。當(dāng)圓周速度在220m/min以下時，與預(yù)想的情況相反，即使空心鉆213的圓周速度增加，鉆孔速度也不會與之成比例地增加。其值基本保留一定，而且，即使流過直動式馬達(dá)2的電流不同，其走勢也無變化。如上文所述，從鉆頭進刀深度與發(fā)生扭矩彼此的關(guān)系出發(fā)，結(jié)果可揭示出這樣的事實，在圓周速度為300m/min以上時，雖然鉆孔速度在增加，但是，進刀深度不與圓周速度一起發(fā)生改變。另一方面，還可以看出，在圓周速度為220m/min以下的區(qū)域，利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0大致與圓周速度成比例地增加。而且，即使流過直動式馬達(dá)2的電流不同時，在各個圓周速度下的鉆孔作功量E0的值是相同的。這是因為，當(dāng)鉆頭215的進刀深度變大時，負(fù)載也隨該深度成比例地變大，這種原因整個導(dǎo)致鉆孔所必需的空心鉆213的轉(zhuǎn)速變小，因而，從整體上看，可考慮鉆孔作功量E0沒有變化?？傊词巩?dāng)把空心鉆213壓靠在被挖掘物C上時的壓力不同，施加到空心鉆213上的負(fù)載值是變化的情況下，由于在圓周速度為220m/min以下時，隨著空心鉆213的圓周速度的增加，鉆孔作功量會增加，因而鉆孔速度不會增加。但是，在圓周速度為250m/min～300m/min的范圍，利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0隨著圓周速度的增加急劇地減少，至少在圓周速度為300m/min以上的區(qū)域，鉆孔作功量E0下降到圓周速度為220m/min的鉆孔作功量的值的一半以下。結(jié)果，圓周速度為300m/min以上時，鉆孔速度與圓周速度一起單調(diào)地增加。
該測定結(jié)果表明，雖然是使用空心鉆直徑為75mm的結(jié)構(gòu)的情況，但是，使用直徑為50mm以上、小于200mm以下的空心鉆，以0.6N/mm2以上的給定壓力送進該空心鉆的情況下，也能得到類似的測定結(jié)果，在鉆頭外周側(cè)的圓周速度至少為300m/min以上的情況下，不依賴于空心鉆的直徑，通過減少鉆孔裝置進行的鉆孔作功量，可與圓周速度一起增加鉆孔速度。
從以上實驗例可以得出，在第二實施例中，將鉆頭的圓周速度增加到300m/min以上進行鉆孔，借此，可以減少鉆孔作功量，縮短鉆孔時間。
另外，鉆頭圓周速度為220m/min～300m/min之間的區(qū)域是鉆孔作功量與圓周速度一起急劇減少的區(qū)域，鉆孔速度基本上從鉆頭的圓周速度超過250m/min的一帶隨鉆頭的圓周速度一起開始增加。因此，一旦鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭外周側(cè)的圓周速度為250m/min以上進行鉆孔的話，即使沒有明顯的誤差，至少鉆孔速度與圓周速度一起增加。
另外，一旦鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力將鉆孔工具推壓到被挖掘物上，同時保持鉆頭的圓周速度為400m/min以上進行鉆孔時，則可以不依賴于脆性材料組成的被挖掘物的種類，就能可靠地增加鉆孔速度。
除此之外，通過驗證實驗表示出，即使在上述第三實施例構(gòu)成的情況下，一旦鉆頭315的圓周速度為300m/min以上時，實際上打出給定深度的孔所必需的鉆孔作功量減少，可隨著圓周速度的增加，提高鉆孔速度。
為了測定相對被挖掘物C的鉆孔速度，一邊保持發(fā)生扭矩略為一定值，一邊改變平均每一分鐘的鉆孔工具313的轉(zhuǎn)速，改變鉆頭315的圓周速度，分別在每種圓周速度下，對于壓縮強度為JIS標(biāo)準(zhǔn)210kgf/cm2的混凝土組成的被挖掘物C，測定打出100mm～200mm的給定深度的孔所要的鉆孔時間。在這里，作為鉆孔工具313，采用在工具本體314的前端安裝有鉆頭315的結(jié)構(gòu)，作為鉆頭315，采用其外徑為6.5mm、軸向長度為6mm的、把粒度尺寸為#40/50的高品級金剛石磨料分散配置到密度為1.76ct/cc的作為金屬結(jié)合劑材料的W-Cu-Sn中所形成的鉆頭。另外，鉆孔時，與上述實驗例1相同，一邊把給定壓力作用到被挖掘物C上，一邊送進鉆孔工具313，保持流過直動式馬達(dá)302的電流略為一定值，將與要鉆孔時相同的扭矩負(fù)載作用到鉆孔工具313上，測定此時的轉(zhuǎn)速與鉆孔時間。
結(jié)果可從表1～表6及圖6與圖7所示的值得出。當(dāng)圓周速度在220m/min以下時，與預(yù)想的情況相反，即使鉆孔工具313的圓周速度增加，鉆孔速度也不會與之成比例地增加。其值基本保留一定，而且，即使流過直動式馬達(dá)302的電流不同，即發(fā)生扭矩不同，其走勢也無變化。如上文所述，從鉆頭進刀深度與發(fā)生扭矩彼此的關(guān)系出發(fā)，結(jié)果可揭示出這樣的事實，在圓周速度為300m/min以上時鉆孔速度增加不是由于進刀深度與圓周速度一起發(fā)生改變。另一方面，還可以看出，在圓周速度為220m/min以下的區(qū)域，利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0大致與圓周速度成比例地增加。而且，在流過直動式馬達(dá)302的電流不同時，在各個圓周速度下的鉆孔作功量E0的值也依然是相同的。這是因為，當(dāng)鉆頭315的進刀深度變大時，負(fù)載也隨該深度成比例地變大，這種原因整個導(dǎo)致鉆孔所必需的空心鉆313的轉(zhuǎn)速變小，因而，從整體上看，可考慮鉆孔作功量E0沒有變化。總之，即使當(dāng)把鉆孔工具313壓靠在被挖掘物C上時的壓力不同，施加到鉆孔工具313上的負(fù)載值是變化的情況下，由于在圓周速度為220m/min以下時，隨著鉆孔工具313的圓周速度的增加，鉆孔作功量會增加，因而鉆孔速度不會增加。但是，在圓周速度為250m/min～300m/min的范圍，利用鉆孔裝置進行的鉆孔作功量E0隨著圓周速度的增加急劇地減少，至少在圓周速度為300m/min以上的區(qū)域，鉆孔作功量E0下降到圓周速度為220m/min的鉆孔作功量的值的一半以下。結(jié)果，圓周速度為300m/min以上時，鉆孔速度與圓周速度一起單調(diào)地增加。
該測定結(jié)果表明，雖然是使用鉆孔工具的直徑為6.5mm的結(jié)構(gòu)的情況，但是，使用直徑為3mm以上、小于15mm的鉆孔工具，以0.6N/mm2以上的給定壓力送進該鉆孔工具的情況下，也能得到類似的測定結(jié)果，在鉆頭外周側(cè)的圓周速度至少為300m/min以上的情況下，不依賴于鉆孔工具的直徑，鉆孔裝置進行的鉆孔作功量減少，鉆孔速度與圓周速度一起增加。
從以上實驗例可以得出，在第三實施例的情況下，也能通過將鉆頭的圓周速度增加到300m/min以上進行鉆孔，來減少鉆孔作功量，可縮短鉆孔時間。
工業(yè)上的應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明的鉆孔裝置，可以減少為打出給定深度的孔所必需的作功值，結(jié)果，通過增加鉆頭的圓周速度，可在短時間內(nèi)，對被挖掘物進行鉆孔。
另外，根據(jù)本發(fā)明的鉆孔裝置，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置備有讓前端部安裝有鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)軸貫通而一體設(shè)置的圓筒狀轉(zhuǎn)子、及設(shè)置在該轉(zhuǎn)子外周面上圓筒狀定子，因此，可以消除采用齒輪等的旋轉(zhuǎn)傳動系的作功損失，可將馬達(dá)的輸出功率全部作為鉆孔裝置的輸出功率，實現(xiàn)了鉆孔裝置的小型輕量化，可使鉆孔裝置高速旋轉(zhuǎn)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的鉆孔方法，能夠減少打出給定深度的孔所必要的作功值，通過增加鉆頭的圓周速度，可在短時間內(nèi)對被挖掘物鉆孔。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔裝置，包括在桿狀或圓筒狀工具本體的前端設(shè)置有由超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的鉆頭的鉆孔工具；及驅(qū)動上述鉆孔工具圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，將被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的所述鉆孔工具的前端推壓到由脆性材料組成的被挖掘物上，對該被挖掘物進行鉆孔，其特征是，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的構(gòu)成為，在鉆孔時，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將所述鉆孔工具推壓到所述被挖掘物上，同時保持所述鉆頭外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的鉆孔裝置，其特征是，所述鉆孔工具，其直徑為3mm以上、200mm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的鉆孔裝置，其特征是，所述鉆孔工具，其直徑為3mm以上、小于15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的鉆孔裝置，其特征是，所述鉆孔工具，其直徑為15mm以上、小于50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1記載的鉆孔裝置，其特征是，所述鉆孔工具，其直徑為50mm以上、200mm以下。在該直徑的鉆孔裝置中，特別是用圓筒狀的工具本體時，能可靠地實現(xiàn)鉆孔速度的提高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一記載的鉆孔裝置，其特征是，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置備有使前端部安裝有所述鉆孔工具的旋轉(zhuǎn)軸貫通、與該旋轉(zhuǎn)軸一體地設(shè)置的筒狀轉(zhuǎn)子；及設(shè)置在該轉(zhuǎn)子外周面上的圓筒狀的定子。
7.一種鉆孔方法，驅(qū)動在圓筒狀工具本體的前端設(shè)置有由超硬合金或把超磨料分散配置到結(jié)合相中形成的鉆頭的鉆孔工具圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，將被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的所述鉆孔工具的前端推壓到由脆性材料組成的被挖掘物上，對該被挖掘物進行鉆孔，以0.6N/mm2以上的給定壓力，將所述鉆孔工具推壓到所述被挖掘物上，一邊保持所述鉆頭外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上，一邊對所述被挖掘物進行鉆孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7記載的鉆孔方法，其特征是，所述鉆孔工具本體的直徑為3mm以上、200mm以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求7記載的鉆孔方法，其特征是，所述鉆孔工具本體的直徑為3mm以上、小于15mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7記載的鉆孔方法，其特征是，所述鉆孔工具本體的直徑為15mm以上、小于50mm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求7記載的鉆孔方法，其特征是，所述鉆孔工具本體的直徑為50mm以上、200mm以下。
全文摘要
通過下述方式構(gòu)成鉆孔裝置，即，把超磨料分散配置到燒結(jié)粘合劑材料所得到的結(jié)合相中所形成的鉆頭設(shè)置在圓筒狀管的前端，以此為空心鉆，通過直動式馬達(dá)驅(qū)動該空心鉆圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，用旋轉(zhuǎn)的空心鉆的前端對脆性材料組成的被挖掘物進行鉆孔。這時，在鉆孔時以0.6N/mm2以上的給定壓力將空心鉆推壓到被挖掘物上的狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動空心鉆，使鉆頭外周側(cè)的圓周速度為300m/min以上。
文檔編號B23B47/00GK1582220SQ0281444
公開日2005年2月16日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月21日
發(fā)明者佐藤九州男, 真崎繁, 今岡稔雄 申請人:三菱麻鐵里亞爾株式會社, 日本金剛石株式會社