JP2014185477A - 掘削ビット - Google Patents

Abstract

【課題】大径の掘削チップやより硬質な材種の掘削チップを用いたりすることなく、特に掘削孔の孔底に滞留した土砂との接触による掘削チップの摩耗を抑制することが可能で、長寿命の掘削ビットを提供することを目的としている。
【解決手段】ビット本体１の先端部に突出するように掘削チップ４が配設されて、この掘削チップ４にはビット本体１から掘削チップ４の先端部に開口するように貫通孔４Ａが形成されるとともに、ビット本体１内には流体供給孔５が形成されており、この流体供給孔５は掘削チップ４の貫通孔４Ａに連通している。
【選択図】図４

Description

本発明は、ビット本体の先端部に掘削チップが配設されて岩盤等に掘削孔を形成する掘削ビットに関するものである。

このような掘削ビットとしては、例えば特許文献１に記載されているように、軸線に沿って延びる概略多段円柱状のビット本体を有し、このビット本体の先端部に超硬合金等の硬質材料よりなる掘削チップが配設されたものが一般的に知られている。この特許文献１に記載の掘削ビットでは、ビット本体の先端部に、先端側を向くフェイス面と、このフェイス面の外周に配置されて外周側に向かうに従いビット本体の後端側に傾斜したゲージ面とが形成されて、これらフェイス面とゲージ面にそれぞれ複数の掘削チップが突出するように植設されている。

また、フェイス面には、ビット本体内に形成された流体排出孔が開口させられ、さらにビット本体の先端部外周には、掘削孔を形成する際に岩盤が破砕されて生成された土砂（繰り粉）を排出するための繰り粉溝が軸線方向に延びるように形成されている。なお、流体排出孔から繰り粉溝にかけてフェイス面に溝を形成して、フェイス面に植設された掘削チップによって破砕された土砂を排出し易くしたものも知られている。このような掘削ビットは、ビット本体後端部が掘削ロッドとネジ嵌合させられて軸線回りの回転力と軸線方向先端側に向けた推力および衝撃力を受け、先端部に植設された掘削チップによって岩盤を破砕して掘削孔を形成する。

ところで、このような掘削ビットは、掘削を行ううちに例えば鋼材等からなるビット本体が摩耗して掘削チップを保持できなくなったり、あるいはビット本体後端部のネジ部が摩耗して掘削ロッドと十分な強度でネジ嵌合できなくなったりして寿命に達することもあるが、一般的にはビット本体先端部に植設された掘削チップの摩耗、特に先端部外周のゲージ面に植設された掘削チップの摩耗により、所定の内径の掘削孔を形成することができなくなって寿命となることが多い。

こうした掘削チップの摩耗は、掘削孔を形成する際の掘削チップと岩盤との接触や、破砕された土砂、特に掘削孔の孔底に滞留した土砂に掘削チップが接触することによって発生するものであり、先端部でも外周側の掘削チップほど、ビット本体の１回転当たりの移動量が大きくなって岩盤や土砂との接触距離も長くなるため、顕著となる。このような掘削チップの摩耗を抑制するために、従来は特にゲージ面に大径の掘削チップを植設したり、より硬質な材種の超硬合金等によって形成された掘削チップを植設したりしていた。

特開２００７−２７７９４６号公報

しかしながら、このような大径の掘削チップを用いることはコスト高を招いて効率的ではなく、しかも大径の掘削チップはビット本体の大きさによっては植設することができなかったり、１つのビット本体に植設可能な掘削チップ数が制限されたりする。さらに、より硬質な材種の超硬合金によって形成された掘削チップは、硬質である一方で脆く、掘削時に過大な負荷が作用したときには欠損を生じて掘削チップの摩耗による寿命の前に掘削ビットが寿命に達するおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、大径の掘削チップやより硬質な材種の掘削チップを用いたりすることなく、特に掘削孔の孔底に滞留した土砂との接触による掘削チップの摩耗を抑制することが可能で、長寿命の掘削ビットを提供することを目的としている。

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、ビット本体の先端部に突出するように掘削チップが配設されて、この掘削チップには上記ビット本体から突出した該掘削チップの先端部に開口するように貫通孔が形成されるとともに、上記ビット本体内には流体供給孔が形成されており、この流体供給孔は上記掘削チップの貫通孔に連通していることを特徴とする。

上述した掘削チップの摩耗のうち、岩盤との接触による摩耗は掘削孔を形成する上で避けることはできないが、本発明の掘削ビットでは、破砕された土砂との接触による掘削チップの摩耗を抑制することができる。すなわち、上記構成の掘削ビットによれば、ビット本体の先端部に配設された掘削チップに形成された貫通孔に、ビット本体内に形成された流体供給孔が連通させられており、この流体供給孔に削孔水や圧縮空気のような流体を供給して掘削チップの貫通孔からビット本体の先端部に噴出させることにより、岩盤が破砕されて生成された土砂、特に掘削孔の孔底に滞留した土砂を吹き飛ばして掘削チップから引き離すことができる。

従って、大径の掘削チップや硬質な材種の掘削チップを用いたりせずとも、このような土砂が接触して掘削チップを削り取ることにより掘削チップが摩耗するのを抑えることができ、削孔速度の低減を抑制することができるとともに、コスト高を招いたり、植設可能な掘削チップ数に制限を受けたり、あるいは掘削チップの欠損を生じたりすることなく、掘削ビットの寿命を延長することが可能となる。むしろ、掘削チップの貫通孔から噴出した流体によって土砂を排出することができるので、ビット本体の流体排出孔や溝を減らしたり小さくしたりすることができて、植設可能な掘削チップ数を増やすことができるとともに、貫通孔の大きさ分だけ掘削チップの材料を減らすことができるため、コストの削減を図ることもできる。

ここで、上記特許文献１に記載された一般的な掘削ビットのように軸線回りに回転される上記ビット本体の先端部に複数の上記掘削チップが配設されている場合には、上述の通り外周側の掘削チップほど摩耗が顕著となるので、これらの掘削チップのうち上記軸線に対する径方向最外周に配設された掘削チップの少なくとも一つに上記貫通孔が形成されて上記流体供給孔が連通しているのが望ましい。

また、上記ビット本体の先端部の上記軸線に対する径方向最外周に、複数の上記掘削チップが周方向に不等間隔をあけて配設されている場合には、これらの掘削チップのうち上記ビット本体の回転方向に隣接する掘削チップとの間隔が他の掘削チップよりも小さい少なくとも一つの掘削チップに上記貫通孔を形成して上記流体供給孔と連通させることにより、この少なくとも一つの掘削チップの回転方向に隣接した掘削チップが岩盤を破砕して生成された土砂を速やかに吹き飛ばすことができ、掘削チップへの接触による摩耗を一層確実に抑制することが可能となる。しかも、貫通孔が形成された掘削チップへの負担は小さくなるので、その損傷等も防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、大径の掘削チップやより硬質な材種の掘削チップを要したりすることなく、土砂との接触による掘削チップの摩耗を抑制することができ、掘削ビットの寿命を延長することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の正面図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 図１に示す実施形態の断面図である。 図１に示す実施形態のゲージ面に植設された掘削チップ周辺の拡大断面図である。

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ビット本体１は、鋼材等の金属材料により一体に形成されて軸線Ｏを中心とした概略有底の円筒状をなしており、このビット本体１の後端部（図１において左上側部分、図３および図４において左側部分）は一定外径の円筒状のスカート部２とされるとともに、有底の底部とされるビット本体１の先端部（図１において右下側部分、図３および図４において右側部分）はスカート部２よりも外径が大径とされたリーミング部３とされている。

リーミング部３の先端部外周には、外周側に向かうに従い後端側に向けて傾斜する軸線Ｏを中心とした円錐台面状のゲージ面３Ａが形成されるとともに、このゲージ面３Ａの内周側には、軸線Ｏを中心とした円形をなして軸線Ｏに垂直に先端側を向くフェイス面３Ｂが形成されている。また、ゲージ面３Ａの後端側に連なるリーミング部３の外周面３Ｃは後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜する軸線Ｏを中心とした円錐台面状とされ、ただしその軸線Ｏに対する傾斜はゲージ面３Ａの傾斜よりも緩やかとされている。さらに、この円錐台面状の外周面３Ｃよりも後端側のリーミング部３の後端部３Ｄは、後端側に向かうに従い軸線Ｏに沿った断面が凹曲線をなして縮径した後、軸線Ｏに平行に延び、さらに一段縮径して断面凹曲線状をなしてスカート部２の外周面に接するように形成されている。

リーミング部３の上記ゲージ面３Ａとフェイス面３Ｂには、ビット本体１よりも硬質の超硬合金等よりなる掘削チップ４がそれぞれ複数ずつ配設されている。本実施形態における掘削チップ４は、円柱状の後端部とこの後端部の中心線Ｃ上に中心を有する凸球面状の先端部とが一体に形成されたボタンチップであり、上記ゲージ面３Ａおよびフェイス面３Ｂに形成された円形孔１Ａに上記後端部が焼き嵌めや圧入、ロウ付けされることにより、それぞれ上記中心線Ｃをゲージ面３Ａおよびフェイス面３Ｂに垂直として先端部をゲージ面３Ａおよびフェイス面３Ｂから突出させて植設されている。

また、スカート部２の内周面には図４に示すように雌ネジ部２Ａが形成されており、この雌ネジ部２Ａに、図示されない掘削ロッドの先端の雄ネジ部が螺合される。ビット本体１は、この掘削ロッドを介して削岩機から伝播される軸線Ｏ方向先端側（図１において右下側、図３および図４において右側）への推力および打撃力と、図２に示す掘削時の回転方向Ｔへの軸線Ｏ回りの回転力とにより、上記掘削チップ４によって岩盤を破砕して掘削し、掘削孔を形成してゆく。雌ネジ部２Ａへの雄ネジ部のねじ込み方向は掘削時のビット本体１の回転方向Ｔと同じとされ、掘削時の回転力によって雌ネジ部２Ａが雄ネジ部から緩むことがないようにされている。

さらに、スカート部２の内周部の底面からは流体供給孔５が軸線Ｏに沿って先端側に向けて延びており、この流体供給孔５はリーミング部３内で先端から複数に分岐して、その分岐孔５Ａが本実施形態ではフェイス面３Ｂにおいて軸線Ｏに対する直径方向に該軸線Ｏから等間隔をあけた２箇所に開口させられている。フェイス面３Ｂに植設される複数（本実施形態では４つ）の掘削チップ（フェイスチップ）４は、この分岐孔５Ａの開口部を避けるようにして、互いの軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏから僅かに外周側に離れた位置からフェイス面３Ｂの外周縁まで連続するように植設されている。

一方、リーミング部３の外周には、ゲージ面３Ａから軸線Ｏ方向に外周面３Ｃに延びて後端部３Ｄに開口する繰り粉溝６が形成されている。本実施形態では、溝形状が互いに異なるとともに溝幅と溝深さがともに順に大きくなる第１ないし第３の複数種の繰り粉溝６Ａ〜６Ｃが、周方向に間隔をあけて形成されている。このうち、溝幅と溝深さが最も小さい第１の繰り粉溝６Ａは軸線Ｏに直交する断面においてＶ字状をなし、周方向に等間隔に本実施形態では４条形成されている。

また、第１の繰り粉溝６Ａの次に溝幅および溝深さが大きい第２の繰り粉溝６Ｂと、溝幅および溝深さが最も大きい第３の繰り粉溝６Ｃとは、それぞれ２条ずつが周方向に隣接する第１の繰り粉溝６Ａの間に交互に、かつ互いに等間隔に位置するように形成されている。このうち、第２の繰り粉溝６Ｂは軸線Ｏに直交する断面が内周側に向かうに従い幅狭となる等脚台形状をなしており、ただしゲージ面３Ａへの開口部は略Ｕ字状をなしてフェイス面３Ｂがなす円に外接するようにされている。一方、第３の繰り粉溝６Ｃは断面が略凹円弧状をなし、ゲージ面３Ａへの開口部はフェイス面３Ｂと間隔をあけている。

さらに、溝深さが浅い第１の繰り粉溝６Ａは、ゲージ面３Ａからリーミング部３の後端部３Ｄのうち外周面３Ｃに連なる軸線Ｏに沿った断面が凹曲線をなして縮径する部分にまで形成されている。これに対して、第２、第３の繰り粉溝６Ｂ、６Ｃは、後端部３Ｄがさらに一段縮径して断面凹曲線状をなしてスカート部２の外周面に接する部分にまで形成されている。なお、正面視において、流体供給孔５の分岐孔５Ａのフェイス面３Ｂへの開口部は４条の第１の繰り粉溝６Ａのうち軸線Ｏを挟んで互いに反対に位置する２上の第１の繰り粉溝６Ａの内周側に位置し、またフェイス面３Ｂの外周縁に植設される掘削チップ４は２条の第３の繰り粉溝６Ｃの内周側に位置している。

ゲージ面３Ａに植設される掘削チップ（ゲージチップ）４は、これら第１ないし第３の繰り粉溝６Ａ〜６Ｃのゲージ面３Ａへの開口部の間にそれぞれ配置されており、従って本実施形態では８つの掘削チップ４がゲージ面３Ａに配設されることになる。また、第２、第３の繰り粉溝６Ｂ、６Ｃは溝幅が大きいことから、これら第２、第３の繰り粉溝６Ｂ、６Ｃを挟んで隣接する掘削チップ４同士の周方向の間隔は、第１の繰り粉溝６Ａを挟んで隣接する掘削チップ４同士の間隔よりも大きくなる。

そして、こうしてビット本体１に植設された掘削チップ４のうち、本実施形態では上記軸線Ｏに対する径方向最外周に配設された掘削チップ４の少なくとも一つ、すなわちゲージ面３Ａに植設された掘削チップ４の少なくとも一つには、ビット本体１から突出した該掘削チップ４の先端部に開口するように貫通孔４Ａが形成されている。また、この貫通孔４Ａには、軸線Ｏに沿って延びる上記流体供給孔５の先端よりも僅かに後端側からさらに分岐して、貫通孔４Ａが形成された掘削チップ４が植設される円形孔１Ａの底面中央に開口した連通孔５Ｂが接続されて該流体供給孔５と連通している。

ここで、本実施形態では、上述のようにゲージ面３Ａに植設された８つの掘削チップ４において、さらに図２に示すように第１の繰り粉溝６Ａを挟んで隣接する周方向の間隔が小さな２つずつの掘削チップ４のうち、掘削時の回転方向Ｔの後方側に位置する掘削チップ４にのみ貫通孔４Ａが形成されている。すなわち、ビット本体１の先端部の軸線Ｏに対する径方向最外周に周方向に不等間隔をあけて配設された複数の掘削チップ（ゲージチップ）４のうち、ビット本体１の掘削時の回転方向Ｔに隣接する掘削チップ４との間隔が他の掘削チップ４よりも小さい少なくとも一つ（本実施形態では４つ）の掘削チップ４に貫通孔４Ａが形成されて、連通孔５Ｂを介して流体供給孔５が連通している。

また、貫通孔４Ａは、掘削チップ４の上記中心線Ｃに沿って形成された一定内径の円形孔とされている。なお、本実施形態では、ゲージ面３Ａに植設された掘削時の回転方向Ｔに隣接する掘削チップ４との間隔が他の掘削チップ４よりも大きい残りの４つの掘削チップ４と、フェイス面３Ｂに植設された掘削チップ４には貫通孔４Ａは形成されておらず、またこれらの掘削チップ４が植設される円形孔１Ａにも流体供給孔５から分岐した連通孔５Ｂは形成されてはいない。

このように構成された掘削ビットにおいては、掘削時に掘削ロッドを介して推力および打撃力と回転力とがビット本体１に与えられるとともに、この掘削ロッドに形成されて上記雄ネジ部の先端に開口する供給路から削孔水または圧縮空気等の流体が流体供給孔５に供給される。従って、こうして供給された流体は、フェイス面３Ｂに開口した該流体供給孔５の分岐孔５Ａから噴出するとともに、連通孔５Ｂを介して貫通孔４Ａが形成された掘削チップ４のビット本体１より突出した先端部からも噴出する。

このため、上記構成の掘削ビットによれば、この掘削チップ４の貫通孔４Ａから噴出した流体により、該貫通孔４Ａが形成された掘削チップ４に接触しようとする土砂、特に掘削孔の孔底に滞留した土砂を吹き飛ばして引き離すように遠ざけることができる。従って、大径の掘削チップを用いたり、より硬質の材種によって掘削チップを形成したりせずとも、このような土砂の接触による掘削チップ４の摩耗を抑制することができ、削孔速度の低減を抑制することができるとともに、掘削ビットが高コストとなったり、ビット本体１に植設可能な掘削チップの数が制限されたり、あるいは高硬度で脆い掘削チップを用いたために欠損を生じたりするようなことなく、掘削ビットの寿命を延長することが可能となる。

そればかりか、上記構成の掘削ビットでは、こうして掘削チップ４の貫通孔４Ａから噴出した流体によって土砂を吹き飛ばして排出することができるので、ビット本体１のフェイス面３Ｂに開口する流体供給孔５の分岐孔５Ａを減らしたり小さくしたりすることができるため、フェイス面３Ｂに植設される掘削チップ４を大きくしたり、植設される掘削チップ４の数を増やすことが可能となって、該掘削チップ４の摩耗をさらに抑制することができる。さらに、貫通孔４Ａの大きさ分だけ超硬合金等の硬質で高価な掘削チップ４の材料を減らすことができるため、むしろコストの削減を図ることもできる。

また、本実施形態では、ビット本体１に植設された掘削チップ４のうち、リーミング部３先端の軸線Ｏに対する径方向最外周のゲージ面３Ａに植設された掘削チップ４に貫通孔４Ａが形成されて流体が噴出可能とされている。しかるに、このような径方向最外周のゲージ面３Ａに植設される掘削チップ４は、軸線Ｏからの間隔が大きいためにビット本体１の１回転当たりの掘削量が多く、従って摩耗も顕著となりがちであるが、そのような掘削チップ４から流体を噴出して摩耗を抑制することにより、本実施形態によれば、他の掘削チップ４との摩耗のバランスを図ることができる。

さらに、本実施形態では、ゲージ面３Ａに植設された８つの掘削チップ４は周方向に不等間隔をあけて配設されており、このうち掘削時のビット本体１の回転方向Ｔに隣接する他の掘削チップ４との間隔が小さい４つの掘削チップ４に貫通孔４Ａが形成されて流体が噴出可能とされている。従って、この貫通孔４Ａが形成された掘削チップ４の回転方向Ｔに隣接する掘削チップ４が岩盤を破砕することによって生成された土砂を、後続する掘削チップ４に接触させることなく速やかに吹き飛ばして遠ざけることができ、このような土砂の接触による掘削チップ４の摩耗を一層確実に抑制することが可能となる。また、ゲージ面３Ａに植設された掘削チップ４のうちでも、貫通孔４Ａが形成された掘削チップ４は回転方向Ｔに隣接する他の掘削チップ４との間隔が小さく、その掘削量は少なくなって負荷も減るので、貫通孔４Ａを形成したことによって該掘削チップ４に損傷が生じ易くなるのも防ぐことができる。

ただし、本実施形態ではこのようにビット本体１の最外周のゲージ面３Ａに植設された掘削チップ４の一部についてのみ流体供給孔５に連通する貫通孔４Ａを形成して流体を噴出可能としているが、ゲージ面３Ａに植設された最外周の掘削チップ４すべてに貫通孔４Ａを形成して流体供給孔５と連通させてもよい。さらに、フェイス面３Ｂに植設された掘削チップ４の一部あるいは全部にも貫通孔４Ａを形成して流体供給孔５と連通させるようにしてもよい。

１ ビット本体
２ スカート部
３ リーミング部
３Ａ ゲージ面
３Ｂ フェイス面
３Ｃ リーミング部３の外周面
３Ｄ リーミング部３の後端部
４ 掘削チップ
４Ａ 貫通孔
５ 流体供給孔
５Ａ 分岐孔
５Ｂ 連通孔
６（６Ａ〜６Ｃ） 繰り粉溝
Ｏ ビット本体１の軸線
Ｔ 掘削時のビット本体１の回転方向

Claims (3)

1. ビット本体の先端部に突出するように掘削チップが配設されて、この掘削チップには上記ビット本体から突出した該掘削チップの先端部に開口するように貫通孔が形成されるとともに、上記ビット本体内には流体供給孔が形成されており、この流体供給孔は上記掘削チップの貫通孔に連通していることを特徴とする掘削ビット。
2. 軸線回りに回転される上記ビット本体の先端部に複数の上記掘削チップが配設されて、これらの掘削チップのうち上記軸線に対する径方向最外周に配設された掘削チップの少なくとも一つに上記貫通孔が形成されて上記流体供給孔が連通していることを特徴とする請求項１に記載の掘削ビット。
3. 上記ビット本体の先端部の上記軸線に対する径方向最外周には、複数の上記掘削チップが周方向に不等間隔をあけて配設されており、これらの掘削チップのうち上記ビット本体の回転方向に隣接する掘削チップとの間隔が他の掘削チップよりも小さい少なくとも一つの掘削チップに上記貫通孔が形成されて上記流体供給孔が連通していることを特徴とする請求項２に記載の掘削ビット。

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