JP2014196615A - 掘削ビット及びこれに用いられる掘削チップ - Google Patents

Abstract

【課題】掘削チップの突出量を大きく確保して再研磨の回数を増大させつつ、削孔中に掘削チップが折損等するような事態を防止でき、工具寿命を延長できること。【解決手段】ビット本体２の工具先端面５に複数の掘削チップ１０が突設された掘削ビットであって、掘削チップ１０は、ビット本体２に埋め込まれる柱状のチップ本体部１１と、半球状をなすチップ刃部１２と、チップ本体部１１とチップ刃部１２との連結部分に形成される稜線部１３とを備え、チップ刃部１２の外面には、稜線部１３からチップ先端側へ向かうに従い漸次チップ径方向の内側へ向けて傾斜するテーパ状の傾斜面１５と、傾斜面１５のチップ先端側に配置され半球面状をなす刃先面１４とが形成され、刃先面１４の半径中心が稜線部１３よりもチップ先端側に配置され、掘削チップ１０の稜線部１３と、ビット本体２の工具先端面５とのチップ中心軸Ｃ方向に沿う距離Ｌが、１．５ｍｍ以下である。【選択図】図４

Description

本発明は、工具軸線回りに回転される柱状のビット本体と、該ビット本体の工具先端面に突設された複数の掘削チップと、を備えた掘削ビット、及び、これに用いられる掘削チップに関するものである。

地盤を掘削する掘削工具として、超硬合金等の硬質材料からなるボタンチップ（掘削チップ）が先端に複数突設された掘削ビットと、該掘削ビットの基端側に連結される掘削ロッドと、を備えたものが知られている。そして、複数の掘削ロッドを介して、掘削装置からの推力、打撃力及び回転力が先端の掘削ビットに伝達されることで、掘削工具は地盤を掘り進んでいく。

掘削ビット及びこれに用いられる掘削チップとして、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。ここで掘削チップは、ビット本体に埋め込まれる円柱状のチップ本体部と、該チップ本体部のチップ先端側に位置して半球状をなすチップ刃部と、を有しており、削孔によりそのチップ刃部が摩耗していくのだが、このように摩耗した状態で削孔を続けると掘削効率に影響するため、一般に研磨ピン（特許文献１では研磨カップと記載）を用いてチップ刃部を再研磨することにより、該チップ刃部の外面を半球面状に維持することが行われている。

特許第４１１６５７２号公報

ところで、掘削ビットにおける寿命として一般的な形態は、ビット本体の工具先端面外周（ゲージ面）に位置する掘削チップ（ゲージチップ）が摩耗することによって、所定の掘削孔径を得る事ができなくなることである。特に昨今では超硬岩帯での削孔も盛んであり、掘削チップへの負担がかかるようになってきている。解決方法として掘削チップ自体の硬度を上げることで耐摩耗性を向上させる事があげられるが、硬度を上げる事は耐欠損性の低下を招き、衝撃工具においては限界がある。また掘削チップの表面にダイヤモンド層を形成したものも存在するが、製造コストと工具寿命との間の折り合いが付かず、トンネル・鉱山・砕石業界では一般的には受けいれられていない。

ここで、掘削チップの再研磨の回数を増やすことができれば該掘削チップの寿命がその分延長されることから、掘削チップをビット本体の工具先端面からより大きく突出させて、突出量（突き出し高さ）を確保する手法が考えられる。
しかしながら、単純に掘削チップの突出量を大きくした場合、削孔中に掘削チップが折損したり破損しやすくなり、逆効果になるおそれがある。具体的に、このような折損等は、掘削チップのチップ本体部とチップ刃部との間の稜線部を起点として生じやすく、削孔時に稜線部が地盤に衝突させられることは好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、掘削チップの突出量を大きく確保して再研磨の回数を増大させつつも、削孔中に掘削チップが折損したり破損するような事態を防止でき、これにより工具寿命を延長することができる掘削ビット、及びこれに用いられる掘削チップを提供することを目的としている。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、工具軸線回りに回転される柱状のビット本体と、前記ビット本体の工具先端面に突設された複数の掘削チップと、を備えた掘削ビットであって、前記掘削チップは、前記ビット本体に埋め込まれる柱状のチップ本体部と、前記チップ本体部のチップ中心軸に沿うチップ先端側に位置して半球状をなすチップ刃部と、前記チップ本体部と前記チップ刃部との連結部分に形成される稜線部と、を備え、前記チップ刃部の外面には、前記稜線部からチップ先端側へ向かうに従い漸次チップ径方向の内側へ向けて傾斜するテーパ状の傾斜面と、前記傾斜面のチップ先端側に配置され、チップ先端側へ向けて凸となる半球面状をなす刃先面と、が形成され、前記刃先面の半径中心が、前記稜線部よりもチップ先端側に配置されており、前記掘削チップの前記稜線部と、該掘削チップが配設される前記ビット本体の工具先端面とのチップ中心軸方向に沿う距離Ｌが、１．５ｍｍ以下とされていることを特徴とする。
また、本発明の掘削チップは、前述の掘削ビットに用いられることを特徴としている。

本発明に係る掘削ビット及びこれに用いられる掘削チップによれば、地盤を掘り込んでいく掘削チップのチップ刃部において半球面状をなす刃先面の半径中心が、該掘削チップの稜線部よりもチップ先端側に配置されているので、下記の効果を奏する。
すなわち、掘削チップが、ビット本体の工具先端面から突出する突出量（突き出し高さ）を大きく確保することができるとともに、その突出部分の体積を大きく確保できる。これにより、掘削チップを再研磨する回数を増やすことができ、該掘削チップ、及びこれら掘削チップを用いた掘削ビットの工具寿命を延長することが可能になる。

また、掘削チップのチップ刃部には、該チップ刃部の刃先面と、稜線部とを繋ぐテーパ状の傾斜面が形成されているので、下記の効果を得ることができる。
すなわち、例えば本発明とは異なりチップ刃部の外面全体が半球面状に形成された掘削チップと比較して、本発明の掘削チップによれば、チップ刃部において傾斜面が形成された領域を、刃先面のチップ基端側への仮想延長面（仮想半球面）よりチップ内へ向けて後退させやすい。これにより、掘削チップを再研磨する単位あたり（１回あたり）の研磨量を少なく抑えることができ、研磨作業時間の短縮ひいては研磨ピンへの負担も少なくなるため、関連する周辺工具への負荷を低減することも可能となる。また、再研磨によってチップ刃部の体積が大きく減じられるようなことが防止されるので、該再研磨によってチップ剛性が低下することも抑制される。

また、このような傾斜面が設けられることで、前述した「刃先面の半径中心が稜線部よりもチップ先端側に配置される」構成としやすくなって、掘削チップの突出量を容易に確保することができる。また突出量が確保された掘削チップを、ビット本体の工具先端面外周のゲージ面にゲージチップとして用いることで、その該ビット本体からの工具径方向外側へ向けた突出量も増大するため、掘削ビットの工具寿命を顕著に延長することができる。

さらに、掘削チップの稜線部と、該掘削チップが埋め込まれるビット本体の工具先端面とのチップ中心軸方向に沿う距離Ｌが、１．５ｍｍ以下とされていることにより、削孔時の衝撃等が作用しやすい掘削チップの稜線部を工具先端面から突出させ過ぎることがなく、該稜線部を起点とする折損や破損の発生が効果的に抑制される。尚、距離Ｌが１．０ｍｍ以下とされた場合には、この効果がより顕著となり望ましい。具体的に本発明では、前述の傾斜面を有することにより、このような稜線部の配置を実現することが容易となっている。
つまり本発明によれば、前述のように掘削チップの突出量が確保されつつも、該掘削チップの刃先面と稜線部とを繋ぐ傾斜面を設けることで、稜線部を掘削ビットの工具先端面に接近配置することができる。
尚、掘削チップの稜線部とビット本体の工具先端面との距離Ｌが１．５ｍｍを超える場合には、掘削チップの稜線部が削孔する地盤に直接衝突させられやすくなり、該稜線部を起点とした折損や破損が生じやすくなる。

以上より、本発明の掘削ビット及び掘削チップによれば、掘削チップの突出量を大きく確保して再研磨の回数を増大させつつも、削孔中に掘削チップが折損したり破損するような事態を防止でき、これにより工具寿命を延長することができる。

また、本発明の掘削ビットにおいて、前記ビット本体の工具先端面から前記掘削チップが突出する突出量Ｈの、該掘削チップの外径Ｄに対する比Ｈ／Ｄが、０．５５〜０．６５の範囲内であることとしてもよい。

この場合、比Ｈ／Ｄが０．５５以上とされているので、掘削チップの突出量Ｈが十分に確保されて摩耗許容量が増大するとともに、工具寿命が顕著に延長される。また、比Ｈ／Ｄが０．６５以下とされているので、ビット本体の工具先端面から掘削チップが突出され過ぎて強度が低下するようなことが防止されるとともに、掘削チップの折損等が抑制される（耐欠損性が確保される）。

一方、比Ｈ／Ｄが０．５５未満の場合には、摩耗許容量が十分に確保されるとまではいえず、前述した工具寿命を延長できるという効果も十分に得られないおそれがある。また、比Ｈ／Ｄが０．６５を超える場合には、掘削チップの強度を十分に確保できなくなるおそれがある。

また、本発明の掘削ビットにおいて、前記掘削チップの前記刃先面の半径Ｒの、該掘削チップの外径Ｄに対する比Ｒ／Ｄが、０．４５〜０．５５の範囲内であることとしてもよい。

この場合、比Ｒ／Ｄが０．４５以上とされているので、掘削チップのチップ刃部が先鋭形状になり過ぎるようなことが抑制されて、該掘削チップの剛性が十分に確保される。また、比Ｒ／Ｄが０．５５以下とされているので、チップ刃部が地盤に食い込みやすい形状に維持されて掘削効率が確保されつつ、該チップ刃部の刃先面と傾斜面との接続部分において稜線が形成されるようなことも抑制されて（刃先面と傾斜面とが滑らかに接続されて）、耐欠損性が向上する。

一方、比Ｒ／Ｄが０．４５未満の場合には、掘削チップのチップ刃部が先鋭形状になり過ぎて、強度を十分に確保できないおそれがある。また、比Ｒ／Ｄが０．５５を超える場合には、チップ刃部の刃先面が地盤に食い込みにくい形状となり掘削効率に影響することがあり、また刃先面と傾斜面との接続部分で稜線も形成されやすくなって、耐欠損性が十分に確保できないおそれがある。

また、本発明の掘削ビットにおいて、前記掘削チップの縦断面視で、前記チップ本体部の外周面の延長線と、前記傾斜面とのなす角度αが、１２°〜１８°の範囲内であることとしてもよい。

この場合、角度αが１２°以上とされているので、チップ刃部の傾斜面と刃先面との接続部分で稜線が形成されるようなことが抑制されつつ、前述した傾斜面に関連する作用効果が顕著に得られることになる。また、角度αが１８°以下とされているので、掘削チップの縦断面視において、チップ刃部の傾斜面とチップ本体部の外周面との間（稜線部）に形成される交差角が大きな鈍角に維持され、稜線部の強度が確保される。

一方、角度αが１２°未満の場合には、チップ刃部の傾斜面と刃先面との接続部分で稜線が形成されやすくなって、耐欠損性が十分に確保できないおそれがある。また、角度αが１８°を超える場合には、掘削チップの稜線部の強度を十分に確保できないおそれがある。

また、本発明の掘削ビットにおいて、前記ビット本体の工具先端面の外周には、工具径方向の外側へ向かうに従い漸次工具基端側へ向けて傾斜するゲージ面が形成され、前記ゲージ面に配設される前記掘削チップのチップ中心軸と、前記ビット本体の工具軸線とのなす角度βが、２５°〜４５°の範囲内であることとしてもよい。

この場合、角度βが２５°以上とされているので、ゲージ面に配設される掘削チップの工具径方向の外側へ向けた突出量を十分に確保でき摩耗許容量が増大するとともに、工具寿命が顕著に延長されることになる。さらに、ビット本体の先端部の外周面から、ゲージ面に植設された掘削チップのチップ本体部までの肉厚がチップ基端側に向かって十分に確保されることから、ビット本体がこの掘削チップを安定して強固に保持することが可能になり、かつビット本体自体の摩耗許容量も確保される。また、角度βが４５°以下とされているので、削岩機等の掘削装置からの打撃力及び推力が、ゲージ面に配設される掘削チップを介して地盤へと効率的に伝えられて、掘削効率が高められる。

一方、角度βが２５°未満の場合には、ゲージ面に配設される掘削チップの工具径方向の外側へ向けた突出量が十分に確保されず、工具寿命を延長する効果が十分に得られないおそれがある。また、ビット本体の先端部の外周面から、ゲージ面に植設された掘削チップのチップ本体部までの肉厚が十分に確保されにくくなり、該掘削チップの保持力が安定して維持されなくなるおそれがある。また、角度βが４５°を超える場合には、ゲージ面に配設される掘削チップの掘削効率を十分に確保できなくなるおそれがある。

また、本発明の掘削ビットにおいて、前記ビット本体の工具先端面の外周には、工具径方向の外側へ向かうに従い漸次工具基端側へ向けて傾斜するゲージ面が形成され、前記ゲージ面の外周縁から該ゲージ面に配設される前記掘削チップまでのゲージ面上に沿う距離Ｘが、該掘削チップの外径Ｄの０．１２倍以上とされ、前記ゲージ面の外周縁から前記掘削チップが工具径方向の外側へ向けて突出する距離Ｙが、該掘削チップの外径Ｄの０．０３倍以上とされていることとしてもよい。

この場合、距離Ｘが、掘削チップの外径Ｄの０．１２倍以上（０．１２Ｄ以上）とされているので、ビット本体の先端部の外周面からこのゲージ面の掘削チップまでの肉厚が確保されるとともに、該ビット本体の先端部外周の摩耗許容量が確保されて、該ビット本体が掘削チップを安定して保持でき、工具寿命を延長できる効果がより顕著となる。また、距離Ｙが、掘削チップの外径Ｄの０．０３倍以上（０．０３Ｄ以上）とされているので、このゲージ面の掘削チップ（ゲージチップ）の工具径方向の外側へ向けた突出量が確保されて、ゲージチップとビット本体の外周面との間にクリアランス（外周方向の隙間）が確保され、破砕した土砂等（掘削屑）の排出性を維持することが可能となり、工具寿命が顕著に延長されることになる。

一方、距離Ｘが０．１２Ｄ未満の場合には、ビット本体の先端部の外周面からゲージ面の掘削チップまでの肉厚が確保されず、該掘削チップの保持力が安定して維持できなくなり、掘削チップが早期に脱落するおそれがある。また、距離Ｙが０．０３Ｄ未満の場合には、ゲージ面の掘削チップ（ゲージチップ）の工具径方向の外側へ向けた突出量が確保されにくいことから、ゲージチップとビット本体の外周面との間にクリアランスが確保されにくくなり、掘削屑の排出性を維持できなくなって、工具寿命に影響するおそれがある。

本発明の掘削ビット及びこれに用いられる掘削チップによれば、掘削チップの突出量を大きく確保して再研磨の回数を増大させつつも、削孔中に掘削チップが折損したり破損するような事態を防止でき、これにより工具寿命を延長することができる。

本発明の一実施形態に係る掘削ビットを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る掘削ビットを示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る掘削ビットを示す正面図である。 ビット本体の工具先端面に植設された掘削チップを拡大して示す側面図である。 ビット本体の工具先端面及び掘削チップを説明する側断面図である。 ビット本体の工具先端面及び掘削チップを説明する側断面図である。 本発明の掘削チップと、従来の掘削チップとを比較説明する拡大図である。

以下、本発明の一実施形態に係る掘削ビット１及びこれに用いられる掘削チップ１０について、図面を参照して説明する。
本実施形態の掘削ビット１は、不図示の複数の掘削ロッドとともに掘削工具を構成するものであり、これら掘削ロッドを介して削岩機等の掘削装置からの推力、打撃力及び回転力が先端の掘削ビット１に伝達されることで、掘削工具は岩盤等の地盤を掘り進んでいき、掘削孔を削孔する。

図１〜図４に示されるように、掘削ビット１は、工具軸線Ｏ回りに回転される柱状のビット本体２と、ビット本体２の工具先端面５に突設された複数の掘削チップ１０と、を備えている。また、掘削チップ１０は、ビット本体２に埋め込まれる柱状のチップ本体部１１と、チップ本体部１１のチップ中心軸Ｃに沿うチップ先端側に位置して半球状をなすチップ刃部１２と、チップ本体部１１とチップ刃部１２との連結部分に形成される稜線部１３と、を備えている。
ここで、本明細書においては、ビット本体２の工具軸線Ｏ方向に沿う掘削チップ１０側を工具先端側（図２における下側）、工具軸線Ｏ方向に沿う掘削チップ１０とは反対側を工具基端側（図２における上側）という。また、工具軸線Ｏに直交する方向を工具径方向といい、工具軸線Ｏ回りに周回する方向を工具周方向という。さらに、各掘削チップ１０において、チップ中心軸Ｃ方向に沿うチップ刃部１２側（図４における上側）をチップ先端側、チップ中心軸Ｃ方向に沿うチップ刃部１２とは反対側（チップ本体部１１側、図４における下側）をチップ基端側という。また、チップ中心軸Ｃに直交する方向をチップ径方向といい、チップ中心軸Ｃ周りに周回する方向をチップ周方向という。

図１〜図３において、ビット本体２は、鋼材等の金属材料からなり、外形が概略円柱状に形成されている。ビット本体２の工具先端側の端部（先端部）は、地盤に直接衝突して地盤を削孔する円盤状の刃先部３とされ、該ビット本体２の先端部以外の部分は有底円筒状のスカート部４とされている。

刃先部３は、工具先端側に向かうに従い外径が拡大するように形成されており、該刃先部３の縦断面視において、刃先部３の外周面のうち、工具先端側部分は直線状をなし、基端側部分は凹曲線状をなしている。
また、刃先部３の工具先端面５には、工具軸線Ｏと垂直に交差する円形状のフェイス面５ａと、該フェイス面５ａの外周側に連設されるとともに該工具先端面５の外周に位置してリング状をなし、工具径方向の外側へ向かうに従い漸次工具基端側へ向けて傾斜するゲージ面５ｂと、が形成されている。

刃先部３の工具先端面５には、超硬合金等の硬質材料からなり、外形が概略円柱状をなす掘削チップ１０が、該工具先端面５からチップ先端側の端部をそれぞれ工具先端側に突出させて、複数植設されている。
図５において、これら掘削チップ１０のうち、フェイス面５ａに配設された掘削チップ１０はフェイスチップとされ、そのチップ中心軸Ｃが、工具軸線Ｏに平行に延びているとともに該フェイス面５ａに直交している。また図１及び図３において、フェイス面５ａには、水やエアー（圧縮空気）等の流体が噴出されるブロー孔７が複数形成されており、該ブロー孔７は、刃先部３内を通してスカート部４内に連通している。

図３に示される本実施形態の例では、ブロー孔７は、フェイス面５ａにおいて工具軸線Ｏに対する直径方向に該工具軸線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５ａ上において複数の掘削チップ（フェイスチップ）１０は、これらブロー孔７を避けるようにして、互いの工具軸線Ｏ回りの回転軌跡が該工具軸線Ｏから僅かに外周側に離れた位置からフェイス面５ａの外周縁まで連続するように植設されている。

図５において、ゲージ面５ｂに配設された掘削チップ１０はゲージチップとされ、そのチップ中心軸Ｃが、工具軸線Ｏに対して傾斜して延びているとともに該ゲージ面５ｂに直交している。具体的に、ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ（ゲージチップ）１０のチップ中心軸Ｃと、ビット本体２の工具軸線Ｏとのなす角度（チップ植え込み角度）βは、２５°〜４５°の範囲内とされており、本実施形態の例では図５の縦断面視に示されるように、前記角度βは、工具先端面５におけるフェイス面５ａ（工具軸線Ｏに直交）の延長線と、ゲージ面５ｂ（チップ中心軸Ｃに直交）とがなす角度βに等しい。

また、図６に示される縦断面視において、ゲージ面５ｂの外周縁から該ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０までのゲージ面５ｂ上に沿う距離Ｘは、該掘削チップ１０の外径Ｄの０．１２倍以上とされている。また、ゲージ面５ｂの外周縁から掘削チップ１０が工具径方向の外側へ向けて突出する距離Ｙは、該掘削チップ１０の外径Ｄの０．０３倍以上とされている。

また、図３に示されるように、ゲージ面５ｂにおいて工具周方向に隣り合う掘削チップ１０同士の間隔には、広い部分と、狭い部分と、これらの中間の部分とがあり、これらの各部分には、該ゲージ面５ｂ及び刃先部３の外周面に開口されるとともに、工具軸線Ｏに沿うように延びる繰り粉溝８がそれぞれ形成されている。具体的に、これら繰り粉溝８のうち、工具周方向に沿う溝幅が大きい繰り粉溝８Ａは、ゲージ面５ｂにおける前記広い部分に配置され、前記溝幅が小さい繰り粉溝８Ｃは、ゲージ面５ｂにおける前記狭い部分に配置され、これらの中間の前記溝幅とされた繰り粉溝８Ｂは、ゲージ面５ｂにおける前記中間の部分に配置されている。
また図２に示されるように、これら繰り粉溝８の工具軸線Ｏ方向に沿う長さは、繰り粉溝８Ａ、８Ｂ、８Ｃの順に短くされている。

また、スカート部４の内周面には図示されない雌ネジ部が形成されており、この雌ネジ部に、図示しない掘削ロッド先端の雄ネジ部が螺合される。またスカート部４内には、掘削ロッド内を通して水やエアー等の流体が供給される。
ビット本体２は、この掘削ロッドを介して削岩機（掘削装置）から伝播される工具軸線Ｏ方向先端側への推力及び打撃力と、工具周方向のうち掘削時にこの掘削ビット１が回転させられる工具回転方向への回転力とにより、掘削チップ１０によって岩盤等の地盤を破砕して掘削し、掘削孔を形成してゆく。ここで、スカート部４の雌ネジ部への掘削ロッドの雄ネジ部のねじ込み方向は、掘削時のビット本体２の回転方向と同じとされ、掘削時の回転力によって雌雄ネジ部が緩むことがないようにされている。

図４に示される掘削チップ１０において、チップ本体部１１は、円柱状をなしており、そのチップ先端側の端部以外の部位は、ビット本体２の刃先部３に埋め込まれている。チップ本体部１１のチップ先端側の端部は、刃先部３の工具先端面５から工具外部に露出されている。
また、掘削チップ１０におけるチップ刃部１２は、チップ先端側へ向けて凸となる半球状をなしており、チップ本体部１１のチップ先端側の端部に接続されて一体に形成されている。これらチップ本体部１１とチップ刃部１２との接続部分には、チップ径方向の外側へ向けた断面凸Ｖ字状とされた稜線部１３が、チップ周方向の全周に亘って延びている。
そして、掘削チップ１０の稜線部１３と、該掘削チップ１０が配設されるビット本体２の工具先端面５とのチップ中心軸Ｃ方向に沿う距離Ｌが、１．５ｍｍ以下とされている。尚、より望ましい距離Ｌは、１．０ｍｍ以下である。

チップ刃部１２の外面には、稜線部１３からチップ先端側へ向かうに従い漸次チップ径方向の内側へ向けて傾斜するテーパ状の傾斜面１５と、該傾斜面１５のチップ先端側に配置され、チップ先端側へ向けて凸となる半球面状をなす刃先面１４と、が形成されている。この掘削チップ１０の縦断面視（図４の側面視を参照）において、チップ本体部１１の外周面の延長線と、傾斜面１５とのなす角度（傾斜面１５の傾斜角）αは、１２°〜１８°の範囲内とされている。

そして、チップ刃部１２の刃先面１４の半径中心（図４に示される半径Ｒ２の中心）は、稜線部１３よりもチップ先端側に配置されている。また、刃先面１４の半径Ｒ２（半径Ｒ）の、該掘削チップ１０の外径Ｄに対する比Ｒ２／Ｄ（比Ｒ／Ｄ）は、０．４５〜０．５５の範囲内とされている。尚、図４に符号Ｒ１で示されるものは、掘削チップ１０のチップ本体部１１の半径である。
また、ビット本体２の工具先端面５から掘削チップ１０が突出する突出量Ｈの、該掘削チップ１０の外径Ｄに対する比Ｈ／Ｄは、０．５５〜０．６５の範囲内とされている。

このような構成の掘削ビット１によって地盤に掘削孔を削孔する際は、前述のように掘削ロッドを介してビット本体２に工具先端側に向けての推力及び打撃力と工具回転方向への回転力とを与えると、ビット本体２先端のゲージ面５ｂとフェイス面５ａに植設された掘削チップ１０によって地盤が破砕されて土砂となり、この土砂は、掘削時に掘削ロッドからブロー孔７に供給されてフェイス面５ａから噴出する流体により、繰り粉溝８を通してスカート部４の外周に押し出され、さらにビット本体２の基端側に排出される。

以上説明した本実施形態に係る掘削ビット１及びこれに用いられる掘削チップ１０によれば、地盤を掘り込んでいく掘削チップ１０のチップ刃部１２において半球面状をなす刃先面１４の半径中心が、該掘削チップ１０の稜線部１３よりもチップ先端側に配置されているので、下記の効果を奏する。
すなわち、掘削チップ１０が、ビット本体２の工具先端面５から突出する突出量（突き出し高さ）Ｈを大きく確保することができるとともに、その突出部分の体積を大きく確保できる。これにより、掘削チップ１０を再研磨する回数を増やすことができ、該掘削チップ１０、及びこれら掘削チップ１０を用いた掘削ビット１の工具寿命を延長することが可能になる。

また、掘削チップ１０のチップ刃部１２には、該チップ刃部１２の刃先面１４と、稜線部１３とを繋ぐテーパ状の傾斜面１５が形成されているので、下記の効果を得ることができる。
すなわち、例えば本実施形態とは異なりチップ刃部の外面全体が半球面状に形成された掘削チップと比較して、本実施形態の掘削チップ１０によれば、チップ刃部１２において傾斜面１５が形成された領域を、刃先面１４のチップ基端側への仮想延長面（仮想半球面）よりチップ内へ向けて後退させやすい。これにより、掘削チップ１０を再研磨する単位あたり（１回あたり）の研磨量を少なく抑えることができ、研磨作業時間の短縮ひいては研磨ピンへの負担も少なくなるため、関連する周辺工具への負荷を低減することも可能となる。また、再研磨によってチップ刃部１２の体積が大きく減じられるようなことが防止されるので、該再研磨によってチップ剛性が低下することも抑制される。

また、このような傾斜面１５が設けられることで、前述した「刃先面１４の半径中心が稜線部１３よりもチップ先端側に配置される」構成としやすくなって、掘削チップ１０の突出量Ｈを容易に確保することができる。また突出量Ｈが確保された掘削チップ１０を、ビット本体２の工具先端面５外周のゲージ面５ｂにゲージチップとして用いることで、その該ビット本体２からの工具径方向外側へ向けた突出量（距離Ｙ）も増大するため、掘削ビット１の工具寿命を顕著に延長することができる。

さらに、掘削チップ１０の稜線部１３と、該掘削チップ１０が埋め込まれるビット本体２の工具先端面５とのチップ中心軸Ｃ方向に沿う距離Ｌが、１．５ｍｍ以下とされていることにより、削孔時の衝撃等が作用しやすい掘削チップ１０の稜線部１３を工具先端面５から突出させ過ぎることがなく、該稜線部１３を起点とする折損や破損の発生が効果的に抑制される。尚、距離Ｌが１．０ｍｍ以下とされた場合には、この効果がより顕著となり望ましい。具体的に本実施形態では、前述の傾斜面１５を有することにより、このような稜線部１３の配置を実現することが容易となっている。
つまり本実施形態によれば、前述のように掘削チップ１０の突出量Ｈが確保されつつも、該掘削チップ１０の刃先面１４と稜線部１３とを繋ぐ傾斜面１５を設けることで、稜線部１３を掘削ビット１の工具先端面５に接近配置することができる。
尚、掘削チップ１０の稜線部１３とビット本体２の工具先端面５との距離Ｌが１．５ｍｍを超える場合には、掘削チップ１０の稜線部１３が削孔する地盤に直接衝突させられやすくなり、該稜線部１３を起点とした折損や破損が生じやすくなる。

以上より、本実施形態の掘削ビット１及び掘削チップ１０によれば、掘削チップ１０の突出量Ｈを大きく確保して再研磨の回数を増大させつつも、削孔中に掘削チップ１０が折損したり破損するような事態を防止でき、これにより工具寿命を延長することができる。

また、ビット本体２の工具先端面５から掘削チップ１０が突出する突出量Ｈの、該掘削チップ１０の外径Ｄに対する比Ｈ／Ｄが、０．５５〜０．６５の範囲内であるので、下記の効果を奏する。

すなわち、比Ｈ／Ｄが０．５５以上とされているので、掘削チップ１０の突出量Ｈが十分に確保されて摩耗許容量が増大するとともに、工具寿命が顕著に延長される。また、比Ｈ／Ｄが０．６５以下とされているので、ビット本体２の工具先端面５から掘削チップ１０が突出され過ぎて強度が低下するようなことが防止されるとともに、掘削チップ１０の折損等が抑制される（耐欠損性が確保される）。

一方、比Ｈ／Ｄが０．５５未満の場合には、摩耗許容量が十分に確保されるとまではいえず、前述した工具寿命を延長できるという効果も十分に得られないおそれがある。また、比Ｈ／Ｄが０．６５を超える場合には、掘削チップ１０の強度を十分に確保できなくなるおそれがある。

また、掘削チップ１０の刃先面１４の半径Ｒ２（半径Ｒ）の、該掘削チップ１０の外径Ｄに対する比Ｒ２／Ｄ（比Ｒ／Ｄ）が、０．４５〜０．５５の範囲内であるので、下記の効果を奏する。

すなわち、比Ｒ／Ｄが０．４５以上とされているので、掘削チップ１０のチップ刃部１２が先鋭形状になり過ぎるようなことが抑制されて、該掘削チップ１０の剛性が十分に確保される。また、比Ｒ／Ｄが０．５５以下とされているので、チップ刃部１２が地盤に食い込みやすい形状に維持されて掘削効率が確保されつつ、該チップ刃部１２の刃先面１４と傾斜面１５との接続部分において稜線が形成されるようなことも抑制されて（刃先面１４と傾斜面１５とが滑らかに接続されて）、耐欠損性が向上する。

一方、比Ｒ／Ｄが０．４５未満の場合には、掘削チップ１０のチップ刃部１２が先鋭形状になり過ぎて、強度を十分に確保できないおそれがある。また、比Ｒ／Ｄが０．５５を超える場合には、チップ刃部１２の刃先面１４が地盤に食い込みにくい形状となり掘削効率に影響することがあり、また刃先面１４と傾斜面１５との接続部分で稜線も形成されやすくなって、耐欠損性が十分に確保できないおそれがある。

また、掘削チップ１０の縦断面視で、チップ本体部１１の外周面の延長線と、傾斜面１５とのなす角度αが、１２°〜１８°の範囲内であるので、下記の効果を奏する。

すなわち、角度αが１２°以上とされているので、チップ刃部１２の傾斜面１５と刃先面１４との接続部分で稜線が形成されるようなことが抑制されつつ、前述した傾斜面１５に関連する作用効果が顕著に得られることになる。また、角度αが１８°以下とされているので、掘削チップ１０の縦断面視において、チップ刃部１２の傾斜面１５とチップ本体部１１の外周面との間（稜線部１３）に形成される交差角が大きな鈍角に維持され、稜線部１３の強度が確保される。

一方、角度αが１２°未満の場合には、チップ刃部１２の傾斜面１５と刃先面１４との接続部分で稜線が形成されやすくなって、耐欠損性が十分に確保できないおそれがある。また、角度αが１８°を超える場合には、掘削チップ１０の稜線部１３の強度を十分に確保できないおそれがある。

また、ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０のチップ中心軸Ｃと、ビット本体２の工具軸線Ｏとのなす角度βが、２５°〜４５°の範囲内であるので、下記の効果を奏する。

すなわち、角度βが２５°以上とされているので、ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０の工具径方向の外側へ向けた突出量（距離Ｙ）を十分に確保でき摩耗許容量が増大するとともに、工具寿命が顕著に延長されることになる。さらに、ビット本体２の刃先部３の外周面から、ゲージ面５ｂに植設された掘削チップ１０のチップ本体部１１までの肉厚がチップ基端側に向かって十分に確保されることから、ビット本体２がこの掘削チップ１０を安定して強固に保持することが可能になり、かつビット本体２自体の摩耗許容量も確保される。また、角度βが４５°以下とされているので、削岩機等の掘削装置からの打撃力及び推力が、ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０を介して地盤へと効率的に伝えられて、掘削効率が高められる。

一方、角度βが２５°未満の場合には、ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０の工具径方向の外側へ向けた突出量（距離Ｙ）が十分に確保されず、工具寿命を延長する効果が十分に得られないおそれがある。また、ビット本体２の刃先部３の外周面から、ゲージ面５ｂに植設された掘削チップ１０のチップ本体部１１までの肉厚が十分に確保されにくくなり、該掘削チップ１０の保持力が安定して維持されなくなるおそれがある。また、角度βが４５°を超える場合には、ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０の掘削効率を十分に確保できなくなるおそれがある。

また、ゲージ面５ｂの外周縁から該ゲージ面５ｂに配設される掘削チップ１０までのゲージ面５ｂ上に沿う距離Ｘが、該掘削チップ１０の外径Ｄの０．１２倍以上とされ、かつ、ゲージ面５ｂの外周縁から掘削チップ１０（のチップ刃部１２）が工具径方向の外側へ向けて突出する距離Ｙが、該掘削チップ１０の外径Ｄの０．０３倍以上とされているので、下記の効果を奏する。

すなわち、距離Ｘが、掘削チップ１０の外径Ｄの０．１２倍以上（０．１２Ｄ以上）とされているので、ビット本体２の刃先部３の外周面からこのゲージ面５ｂの掘削チップ１０までの肉厚が確保されるとともに、該ビット本体２の刃先部３外周の摩耗許容量が確保されて、該ビット本体２が掘削チップ１０を安定して保持でき、工具寿命を延長できる効果がより顕著となる。また、距離Ｙが、掘削チップ１０の外径Ｄの０．０３倍以上（０．０３Ｄ以上）とされているので、このゲージ面５ｂの掘削チップ（ゲージチップ）１０の工具径方向の外側へ向けた突出量が確保されて、ゲージチップ１０とビット本体２の刃先部３の外周面との間にクリアランス（外周方向の隙間）が確保され、破砕した土砂等（掘削屑）の排出性を維持することが可能となり、工具寿命が顕著に延長されることになる。

一方、距離Ｘが０．１２Ｄ未満の場合には、ビット本体２の刃先部３の外周面からゲージ面５ｂの掘削チップ１０までの肉厚が確保されず、該掘削チップ１０の保持力が安定して維持できなくなり、掘削チップ１０が早期に脱落するおそれがある。また、距離Ｙが０．０３Ｄ未満の場合には、ゲージ面５ｂの掘削チップ（ゲージチップ）１０の工具径方向の外側へ向けた突出量が確保されにくいことから、ゲージチップ１０とビット本体２の刃先部３の外周面との間にクリアランスが確保されにくくなり、掘削屑の排出性を維持できなくなって、工具寿命に影響するおそれがある。

ここで、図７に示されるものは、本実施形態で説明した掘削チップ１０と、従来の掘削チップ１００とについて、突出量Ｈ及び再研磨の単位あたりの研磨量等を比較する説明図である。尚、従来の掘削チップ１００としては、特許第４１１６５７２号公報に記載されたものを用いた（特許第４１１６５７２号公報の図２を参照）。
図７に示される従来の掘削チップ１００において、該掘削チップ１００の外径Ｄについては、本実施形態の掘削チップ１０の外径Ｄと同一である。一方、従来の掘削チップ１００において、チップ刃部１０２の半径中心は、稜線部１０３よりもチップ中心軸Ｃ方向に沿うチップ基端側に配置されている。チップ刃部１０２の半径中心と稜線部１０３とのチップ中心軸Ｃ方向に沿う距離Ａは、掘削チップ１００の外径Ｄの０．１倍とされている。また、チップ刃部１０２の半径Ｒ２は、チップ本体部１０１の半径Ｒ１と同一である。また、掘削チップ１００がビット本体２の工具先端面５から突出する突出量Ｈは、該掘削チップ１００の外径Ｄの０．５３倍となっている。

図７に示されるように、本実施形態の掘削チップ１０によれば、従来の掘削チップ１００と対比して、ビット本体２の工具先端面５からの突出量Ｈを大きく確保できる。
ここで、図７に符号Ｄ／３で示される領域は、掘削チップ１０及び１００のチップ先端が、削孔により平面状に摩耗して、その摩耗量がチップ径方向において外径Ｄの１／３に達した状態を表している。この状態で両チップ１０及び１００に再研磨を施した場合、単位あたりの研磨量（図７にハッチングで示される部分）は、従来の掘削チップ１００を基準（１００％）として、本実施形態の掘削チップ１０では７５％程度に抑えられることがわかった。尚、この再研磨に用いた研磨ピンの凹部の半径は、従来の掘削チップ１００の半径Ｒ２に対応させている。

また、このような再研磨を３回施した場合には、図７に示されるように従来の掘削チップ１００では、研磨領域が稜線部１０３をチップ基端側へ向けて大きく超えており、次回の再研磨が困難な状態となっている。一方、本実施形態の掘削チップ１０では、再研磨を３回施した状態においても突出量Ｈが十分に確保されており、具体的には、従来の掘削チップ１００における未使用時の突出量Ｈとほぼ同等であって、再研磨がさらに数回可能な状態である。ここで、図７に符号Ｇで示されるものは、再研磨を３回施した掘削チップ１０及び１００のチップ先端同士におけるチップ中心軸Ｃ方向に沿う高さの差を表している。
このように、本実施形態の掘削チップ１０は、従来の掘削チップ１００に比べて、研磨許容量が十分に確保されており、該掘削チップ１０を用いた掘削ビット１の工具寿命が十分に延長されることがわかった。
尚、従来の掘削チップとして一般的なラウンドチップを用いた対比においては、再研磨を施したときの単位あたりの研磨量は、従来の掘削チップを基準（１００％）として、本実施形態の掘削チップ１０では６０％程度に抑えられていた。

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前述の実施形態に用いた掘削ビット１は、ビット本体２の工具先端面５に同一製品（同一の形状及び大きさ）からなる掘削チップ１０を複数植設したものであるが、これに限定されるものではなく、本発明の構成を有する複数種類の掘削チップ１０を用い、ビット本体２の工具先端面５のフェイス面５ａとゲージ面５ｂとで互いに形状や大きさが異なるものを適宜配設することとしてもよい。

また、掘削ビット１のビット本体２の形状は、前述の実施形態で説明したものに限定されない。具体的に、刃先部３における繰り粉溝８の形状、配置及び数量、工具先端面５の掘削チップ１０の配置や数量などは、前述した例に限定されない。

その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及び尚書き等で説明した各構成（構成要素）を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

１ 掘削ビット
２ ビット本体
５ 工具先端面
５ｂ ゲージ面
１０ 掘削チップ
１１ チップ本体部
１２ チップ刃部
１３ 稜線部
１４ 刃先面
１５ 傾斜面
Ｃ チップ中心軸
Ｄ 掘削チップの外径
Ｈ ビット本体の工具先端面から掘削チップが突出する突出量
Ｌ 掘削チップの稜線部とビット本体の工具先端面とのチップ中心軸方向に沿う距離
Ｏ 工具軸線
Ｒ２（Ｒ） チップ刃部の刃先面の半径
Ｘ ゲージ面の外周縁から該ゲージ面に配設される掘削チップまでのゲージ面上に沿う距離
Ｙ ゲージ面の外周縁から掘削チップが工具径方向の外側へ向けて突出する距離
α 角度（傾斜面の傾斜角）
β 角度（チップ植え込み角度）

Claims (7)

1. 工具軸線回りに回転される柱状のビット本体と、前記ビット本体の工具先端面に突設された複数の掘削チップと、を備えた掘削ビットであって、
   前記掘削チップは、
   前記ビット本体に埋め込まれる柱状のチップ本体部と、
   前記チップ本体部のチップ中心軸に沿うチップ先端側に位置して半球状をなすチップ刃部と、
   前記チップ本体部と前記チップ刃部との連結部分に形成される稜線部と、を備え、
   前記チップ刃部の外面には、
   前記稜線部からチップ先端側へ向かうに従い漸次チップ径方向の内側へ向けて傾斜するテーパ状の傾斜面と、
   前記傾斜面のチップ先端側に配置され、チップ先端側へ向けて凸となる半球面状をなす刃先面と、が形成され、
   前記刃先面の半径中心が、前記稜線部よりもチップ先端側に配置されており、
   前記掘削チップの前記稜線部と、該掘削チップが配設される前記ビット本体の工具先端面とのチップ中心軸方向に沿う距離Ｌが、１．５ｍｍ以下とされていることを特徴とする掘削ビット。
2. 請求項１に記載の掘削ビットであって、
   前記ビット本体の工具先端面から前記掘削チップが突出する突出量Ｈの、該掘削チップの外径Ｄに対する比Ｈ／Ｄが、０．５５〜０．６５の範囲内であることを特徴とする掘削ビット。
3. 請求項１又は２に記載の掘削ビットであって、
   前記掘削チップの前記刃先面の半径Ｒの、該掘削チップの外径Ｄに対する比Ｒ／Ｄが、０．４５〜０．５５の範囲内であることを特徴とする掘削ビット。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の掘削ビットであって、
   前記掘削チップの縦断面視で、前記チップ本体部の外周面の延長線と、前記傾斜面とのなす角度αが、１２°〜１８°の範囲内であることを特徴とする掘削ビット。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の掘削ビットであって、
   前記ビット本体の工具先端面の外周には、工具径方向の外側へ向かうに従い漸次工具基端側へ向けて傾斜するゲージ面が形成され、
   前記ゲージ面に配設される前記掘削チップのチップ中心軸と、前記ビット本体の工具軸線とのなす角度βが、２５°〜４５°の範囲内であることを特徴とする掘削ビット。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の掘削ビットであって、
   前記ビット本体の工具先端面の外周には、工具径方向の外側へ向かうに従い漸次工具基端側へ向けて傾斜するゲージ面が形成され、
   前記ゲージ面の外周縁から該ゲージ面に配設される前記掘削チップまでのゲージ面上に沿う距離Ｘが、該掘削チップの外径Ｄの０．１２倍以上とされ、
   前記ゲージ面の外周縁から前記掘削チップが工具径方向の外側へ向けて突出する距離Ｙが、該掘削チップの外径Ｄの０．０３倍以上とされていることを特徴とする掘削ビット。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の掘削ビットに用いられることを特徴とする掘削チップ。

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