JP2016108751A - カッタビット - Google Patents

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【課題】礫層等を切削しても切削能力が低下することのないカッタビットを提案する。【解決手段】母材2と、この母材2に固定された刃材3と、母材に形成された肉盛り部6とを備えるカッタビット1であって、刃材3は刃先の位置が母材2から突出している高チップ4と、刃先の位置が高チップ4の刃先の位置よりも低い低チップ5とからなり、高チップ4および低チップ5は母材2の回転方向と交差する方向に沿って、交互に並設されている。【選択図】図1

Description

本発明は、地山の切削を行うカッタビットに関する。
シールド工法、推進工法、TBM等によるトンネル工事、現場打ち杭の施工、地中連続壁の施工等に伴う掘削孔や掘削溝等の施工は、カッタビットを備える掘削機により行う。
カッタビットは、地山の切削に伴い磨耗する。磨耗したカッタビットは、掘削作業を中断して交換する必要があるが、掘削作業を中断すると、工期短縮化の妨げになるとともに、工事費の低減化の妨げになる。
そのため、長距離掘削に耐え得る機能を有しており、交換作業を省略あるいは交換作業の回数を低減させることを可能としたカッタビットとして、複数のチップを積層した刃先部を備えたカッタビットが開示されている(例えば、特許文献1参照)。このカッタビットによれば、表面側のチップが磨耗して剥がれ落ちると、新たなチップが露出するため、長期間にわたって切削能力が維持される。
特開2008−144541号公報
施工領域に含まれている礫、鉄塊、その他の硬質物質と接触した際の衝撃によって、チップの強度に関わらず、チップに亀裂や欠けが生じることがある。亀裂や欠けが生じたチップは、礫と繰り返し接触する衝撃により亀裂等が増長し、チップ自体の脱落の原因となる。
チップが脱落すると、切削能力が低下し、工期短縮化の妨げになる。
本発明は、前記の問題点を解決するものであり、礫層等を切削しても切削能力が低下することのないカッタビットを提案することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明は、母材と、前記母材に固定された刃材とを備えるカッタビットであって、前記刃材は、高チップと、刃先の位置が前記高チップの刃先の位置よりも低い低チップとからなり、前記高チップおよび前記低チップは、前記母材の回転方向と交差する方向に沿って、交互に並設されていることを特徴としている。
かかるカッタビットによれば、礫との接触により刃材の一部に亀裂や欠けが生じた場合であっても、切削能力の低下を抑制することができる。
これは、礫との接触によって高チップの刃先に亀裂や欠けが生じた場合であっても、低チップの刃先の位置付近において亀裂や欠けの進行が落ち着くため、高チップ自体の脱落を抑えることができるためである。
前記高チップおよび前記低チップの幅が、5mm以上50mm以下であれば、多数のチップのうちの1つに亀裂や欠けが生じた場合であっても、各チップの幅が小さきため、切削能力への影響は少なくて済む。
前記高チップおよび前記低チップは、前記母材の回転方向後端の高さが同等であってもよいし、凹凸を有していてもよい。
本発明のカッタビットによれば、礫層等を切削する場合であっても、切削能力が低下することのなく施工を行うことが可能となる。
本発明の実施形態に係るカッタビットを示す図であって、(a)は斜視図、(b)は側面図である。 カッタビットの他の形態を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は側面図である。 カッタビットの使用状況を模式的に示す斜視図であって、(a)は高チップに礫に接触した状態、(b)は同高チップに亀裂が生じた状態を示している。 図3に続く斜視図であって、(a)は高チップに欠けが生じた状態、(b)は同高チップの欠けが進行した状態を示している。
本実施形態では、カッタビット1(図1参照)が取り付けられた掘削機を利用して礫混じりの砂礫層を含む地山を掘削する場合について説明する。なお、説明において、上下左右前後は、図1(a)に示す方向に統一するが、便宜的なものであり、実際の使用状態における上下左右前後とは必ずしも一致しない。
本実施形態のカッタビット1は、母材2と、母材2に固定された刃材3とを備えている。
母材2は、いわゆるシャンク材である。
本実施形態の母材2は、刃材3を構成する硬チップ4,5(高チップ4および低チップ5)よりも膨張係数が大きく、かつ、構造部材として十分な剛性、強度を有する材料により構成されている。本実施形態では、母材2を構成する材料として、SS材やS45C材等を使用するが、母材2を構成する材料は限定されるものではない。
母材2の背面(上面)21は、地山G(切削面)に対向する面であり、図1(b)に示すように、先端部(刃材3)側に向うに従って底面(下面)23から離れるように傾斜している。母材2の前面22は、カッタビット1の進行方向前側の面であり、先端部(刃材3)側に向うに従って後面24から離れるように傾斜している。したがって、背面21の延長面と前面22の延長面とが交わる角部は鋭角となり、前面22と底面23とが交わる角部は鈍角となる。母材2の底面23は、図示せぬカッタヘッドに当接する面であり、後面24は、カッタビット1の進行方向後側の面である、母材2の底面23と後面24は、直角に交わっている。なお、母材2の形状は限定されない。
母材2の先端部の角部分(背面21と前面22とが交わる角部分)には、刃材3を収容する欠損部25が形成されている。
欠損部25は、第一平面26と第二平面27とにより断面視L字状に形成されている。第一平面26は前面22と平行であり、第二平面27は第一平面26と直角に交差している。なお、欠損部25の断面形状は限定されない。
刃材3は、図1(a)に示すように、7個の硬チップ4,5が母材2の回転方向と交差する方向(図1(a)においては左右方向)に沿って並設(積層)されることにより構成されている。すなわち、刃材3の上面には、段差(凹凸)が形成されている。
なお、硬チップ4,5の数は限定されるものではなく、硬チップ4,5の寸法と母材2の寸法に応じて適宜設定すればよい。
刃材3は、ろう付け温度が700℃程度である銀ろう付けにより、欠損部25に固定されている。
なお、刃材3を固定するためのろう材は銀ろうに限定されるものではなく、例えば、真鍮ろうを使用してもよい。
本実施形態では、刃材3を構成する硬チップ4,5として耐衝撃用の超硬チップを使用する。刃材3は、硬チップ4,5同士をろう付け温度が900℃程度である真鍮ろう付けにより互いに固定した状態で、母材2の欠損部25にろう付けする。本実施形態では、硬チップ4,5同士の間に、図示しない緩衝層を設けておき、硬チップ4,5間で、衝撃が伝播しないようにする。なお、緩衝層は必要に応じて設ければよい。
なお、硬チップ4,5同士を固定するためのろう材は真鍮ろうに限定されるものではなく、例えば銀ろうであってもよい。
刃材3は、刃先の位置が高い高チップ4と、高チップ4よりも刃先の位置が低い低チップ5を、交互に並設することにより刃材3が構成されている。
本実施形態では、両端が高チップ4になるように高チップ4と低チップ5とが組み合わされているが、図2(a)および(b)に示すように、両端が低チップ5になるように組み合わせてもよい。
高チップ4は、5mm以上、50mm以下の幅(左右方向の長さ)を有している。
高チップ4は、母材2の背面21よりも地山側に突出する高さを有している。また、高チップ4の刃先は、低チップ5の刃先よりも地山側(上側)に突出している。
高チップ4は、上面(地山側面)が先端側に向うに従って底面(下面)23から離れるように傾斜していることで、刃先が鋭角になっている。
本実施形態では、高チップ4の上面が、母材2の背面21と平行となっているが、高チップ4の上面の傾斜角は限定されるものではない。例えば、図2(a)および(b)に示すように、高チップ4の刃先を母材2の背面21の延長線よりも上側に突出させ、高チップ4の上面の後端を母材2の背面21の先端(低チップ3の上面の後端)と一致させてもよい。
低チップ5は、上面(地山側面)が先端側に向うに従って底面(下面)23から離れるように傾斜していることで、刃先が鋭角になっている。
本実施形態では、低チップ5の上面が母材2の背面21と平行となっている。また、低チップ5の上面の後端の高さは、母材2の背面21の先端と一致している。すなわち、低チップ5の上面は、背面21から突出しておらず、母材2の背面21の延長面と一致している。
なお、低チップ5の高さは、高チップ4よりも刃先の位置が低ければよく、必ずしも母材2の背面21と面一になっている必要はない。例えば、低チップ5の刃先が母材2の背面の延長線よりも地山側(上側)に突出していてもよい。
低チップ5は、高チップ4と同等の幅を有している。なお、低チップ5の幅は、必ずしも高チップ4と同じである必要はない。
また、本実施形態では、高チップ4と低チップ5として、同等の強度を有しているものを使用するが、高チップ4と低チップ5の強度は必ずしも同等である必要はない、一方が他方に比べて高強度であってもよい。
母材2の背面21の前部分(刃材3の直後)には、肉盛り部6が形成されている。肉盛り部6は、硬い金属層を背面21に溶接することで、母材2を増厚している。母材2は、肉盛り部6により、地山側の耐摩耗性が向上している。
なお、肉盛り部6の形成方法は限定されるものではなく、例えば、金属板を溶接することにより形成すればよい。また、肉盛り部6は、必要に応じて形成すればよく、省略してもよい。
母材2の前面22の上部(刃材3の直下)にも、肉盛り部6が形成されている。なお、前面22の肉盛り部6の形成方法は、背面21の肉盛り部6と同様である。
カッタビット1を利用して礫層を掘削すると、図3(a)に示すように、礫Rが刃材3に断続的に接触する。このとき、礫3は、低チップ5よりも刃先が突出している高チップ4に接触する可能性が高い。
図3(b)に示すように、礫Rとの接触により、高チップ4に亀裂Cが生じた場合、図4(a)に示すように、掘削の進行に伴い、亀裂Cの進行により高チップ4に欠けが生じる。
欠けが生じた高チップ4aと、隣接する低チップ5,5とは分割された個別の部材であるため、高チップ4aの欠けが進行しても、隣接する低チップ5,5に欠けや亀裂が生じることはない。
そのため、掘削の進行にともなって高チップ4aの欠けが進行しても、図4(b)に示すように、隣接する低チップ5,5と同等以下の高さになった時点で欠けの進行が止まる。
ゆえに、他の健全な硬チップ4,5により地山の掘削を継続させることができる。
以上、本実施形態のカッタビット1によれば、礫Rとの接触により刃材3の一部に亀裂や欠けが生じた場合であっても、切削能力の低下を抑制することができる。
すなわち、礫Rとの接触によって高チップ4の刃先に亀裂や欠けが生じた場合であっても、低チップ5の刃先の位置付近において亀裂や欠けの進行が落ち着くため、高チップ4自体の脱落を抑えることができる。
また、刃材3が複数の硬チップ4,5に分割されているため、一部の硬チップ4,5(高チップ4)に亀裂や欠けが生じたとしても、他の硬チップ4,5に影響が及ぶことはなく、刃材3自体が脱落することもない。
また、高チップ4および低チップ5の幅が、5mm以上50mm以下であるため、多数の硬チップ4,5を母材2に配設することができ、ひいては、多数の硬チップ4,5のうちの1つに亀裂や欠けが生じた場合であっても、切削能力への影響は少なくて済む。
また、硬チップ4,5のチップ幅を小さくすることにより、硬チップ4,5のろう付け面積が大きくなるため、硬チップ4,5の拘束力が増加し、硬チップ4,5の脱落が防止される。
刃材3を形成する際に硬チップ4,5同士をろう付けする際に使用するろう材と、刃材3を母材2に固定する際に使用するろう材に、ろう付け温度が異なる材料を使用しているため、予め硬チップ4,5同士がろう付けされた刃材3が、母材2に固定する際のろう付け温度により分離することが防止されている。
なお、カッタビット1の製造方法は限定されない。
刃材3の周囲に形成された肉盛り部6により、刃材3よりも柔らかい素材からなる母材2のみが先行して磨耗してしまうことが防止されているため、刃材3が母材2から抜け落ちることが防止されている。
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
本発明のカッタビット1は、トンネル施工に使用するシールド機、推進機、TBMや、現場打ち杭の施工、地中連続壁の施工等に伴う掘削孔や掘削溝等の施工に使用する掘削機等、あらゆる種類の掘削機に適用することができる。
また、カッタビット1は、先行ビット、メインビット、双頭ビット等、あらゆる種類のカッタビットに適用することができる。
なお、刃材3は、前後方向に対して複数列配設されていてもよい。
また、刃材3は、上面側に加えて、前面側にも段差を有していてもよい。
1 カッタビット
2 母材
3 刃材
4 高チップ(硬チップ)
5 低チップ(硬チップ)
6 肉盛り部
C 亀裂
R 礫

Claims (3)

  1. 母材と、前記母材に固定された刃材と、を備えるカッタビットであって、
    前記刃材は、高チップと、刃先の位置が前記高チップの刃先の位置よりも低い低チップとからなり、
    前記高チップおよび前記低チップは、前記母材の回転方向と交差する方向に沿って、交互に並設されていることを特徴とする、カッタビット。
  2. 前記高チップおよび前記低チップの幅が、5mm以上50mm以下であることを特徴とする、請求項1に記載のカッタビット。
  3. 前記高チップおよび前記低チップの前記母材の回転方向後端の高さが同等であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のカッタビット。
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