JP2016108751A - カッタビット - Google Patents

Abstract

【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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