JP2016196764A - 掘削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削チップが工具本体の外周側と工具回転方向側とに傾斜した掘削工具においても、再研磨の作業性を向上させることが可能な掘削工具を提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転される工具本体１の先端面の外周部(ゲージ面４)に掘削チップ３が取り付けられ、この掘削チップ３は、そのチップ中心線Ｃが軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い工具本体１の外周側と工具回転方向Ｔ側に向かうように傾斜しているとともに、工具本体１の先端面の外周部には、掘削チップ３の取付部７の少なくとも工具回転方向Ｔ側に隣接して、チップ中心線Ｃに垂直な平面状の座面８が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に掘削チップが取り付けられた掘削工具に関するものである。

このような掘削工具として、例えば特許文献１には、最外側の超硬合金製のボタン状植刃（掘削チップ）のビットホルダー（工具本体）への植え込み方向を、ビットの縦軸（軸線）に対して外方に傾斜させるとともに、ビットの回転方向（工具回転方向）と同一方向へ傾けて配置したものが記載されている。このような掘削工具によれば、掘削時の工具本体の回転により掘削チップに作用する曲げ応力を回避して折損等が発生するのを防止することができる。

実公昭６３−０４０５４４号公報

ところで、このような掘削工具では、掘削チップにある程度の摩耗が生じると、刃先に再研磨を施して掘削性能を復元させることが行われる。通常、このような再研磨は、掘削チップのチップ中心線に再研磨砥石の回転軸線を垂直に配置して行われ、チップ中心線が工具本体の軸線を含む平面上にある一般的な掘削工具では、再研磨砥石の回転軸線は工具本体の軸線を基準に配置される。

しかしながら、特許文献１に記載された掘削工具のように、掘削チップの工具本体への植え込み方向が工具本体の外方と工具回転方向とに傾斜していて、掘削チップのチップ中心線が工具本体の軸線に対して捩れの位置関係にあるときには、工具本体の軸線を基準に再研磨砥石の回転軸線を正確に配置することは困難となる。このため、掘削チップの刃先が歪に再研磨されてしまって欠損を生じ易くなり、再研磨後の掘削工具の寿命が短縮されてしまうおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように掘削チップが工具本体の外周側と工具回転方向側とに傾斜した掘削工具においても、再研磨の作業性を向上させることが可能な掘削工具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、軸線回りに回転される工具本体の先端面の外周部に掘削チップが取り付けられ、上記掘削チップは、そのチップ中心線が上記軸線方向先端側に向かうに従い上記工具本体の外周側と工具回転方向側に向かうように傾斜しているとともに、上記工具本体の先端面の外周部には、上記掘削チップの取付部の少なくとも工具回転方向側に隣接して、上記チップ中心線に垂直な平面状の座面が形成されていることを特徴とする。

このように構成された掘削工具では、特許文献１に記載された掘削工具と同様に掘削チップのチップ中心線が軸線方向先端側に向かうに従い工具回転方向側に向かうように傾斜しているので、掘削チップに作用する曲げ応力を緩和することができる一方で、工具本体の先端面の外周部における掘削チップの取付部に隣接して、掘削チップのチップ中心線に垂直な平面状の座面が形成されているので、掘削チップの再研磨を行う際には、この座面を基準に再研磨砥石の回転軸線を配置することによって正確な再研磨を行うことが可能となる。このため、工具本体の軸線とチップ中心線とが捩れの位置関係にあっても、掘削チップの刃先が歪に再研磨されて欠損し易くなるのを防ぐことができ、掘削工具の寿命を延長することができる。

ところで、特許文献１に記載された掘削工具のように最外側の掘削チップが工具回転方向にも傾斜していると、この最外側の掘削チップによって破砕されて生成された繰り粉（掘削屑）は、該掘削チップの傾斜に沿って工具回転方向側に案内されるように流れ出ることになる。ところが、掘削チップはその工具回転方向側において工具本体の先端面に覆い被さるように傾斜しているため、流れ出た繰り粉が排出され難く、このような繰り粉によっても工具本体の先端面外周部や外周面の特に掘削チップの取付部周辺に摩耗が生じて、掘削チップが脱落するおそれもある。

そこで、上記座面を、上記掘削チップの取付部の少なくとも工具回転方向側に隣接して形成することにより、この座面は、取付部から工具本体の外周側と工具回転方向側とに向かうに従い工具本体の軸線方向後端側に傾斜することになるので、掘削チップの刃先の外周側と工具回転方向側とに大きなスペースを確保することができる。従って、このスペースを介して繰り粉を効率的に排出して工具本体の摩耗を抑え、掘削チップの脱落を防いで長期に亙って安定した掘削を行うことが可能となる。

さらに、特にこのような場合には、上記工具本体の外周部に、上記掘削チップの取付部の工具回転方向側において上記座面に開口する繰り粉の排出溝を形成することにより、上述のように掘削チップの刃先の工具回転方向側のスペースに排出された繰り粉を排出溝からさらに効率的に排出して工具本体の摩耗の一層の抑制を図ることができる。

さらにまた、上述のように工具本体の先端面の外周部に取り付けられる上記掘削チップを、上記工具本体の先端部において最大外径をなす部分と上記軸線方向において重なり合うように配置することにより、この工具本体先端部の最大外径をなす部分を掘削孔の内周との接触から掘削チップによって保護して工具本体先端部外周の摩耗の進行を抑えることができる。従って、このような工具本体先端部の摩耗により、この工具本体の先端面外周部に取り付けられた掘削チップが早期に脱落するのを防いで、工具寿命の一層の延長を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、掘削チップに作用する曲げ応力を抑えつつ、掘削チップの刃先を正確に再研磨して欠損等の発生を防止することができ、長寿命の掘削工具を提供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に示す実施形態を軸線方向先端側から見た正面図である。 図２におけるＸ方向視の側面図である。 図２におけるＹ方向視の部分側面図である。 図２におけるＺＱＺ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、工具本体１は、鋼材等によって軸線Ｏを中心とした概略有底円筒状をなしており、その有底部が先端部（図３〜図５における右側部分）とされるとともに、後端部（図３〜図５における左側部分）とされる円筒部（スカート部）の内周には雌ネジ部２が形成されている。このような掘削工具は、上記雌ネジ部２に連結された掘削ロッドを介して掘削装置から伝達される軸線Ｏ回りの工具回転方向Ｔへの回転力と軸線Ｏ方向先端側への推力および打撃力により、先端部に取り付けられた掘削チップ３によって地盤を掘削する。

工具本体１の先端部の外周面は、軸線Ｏ方向後端側から先端側に向かうに従い、軸線Ｏに沿った断面が凹曲線状をなして拡径した後、軸線Ｏを中心とする円錐面状をなしてさらに拡径するように形成されている。また、工具本体１の先端面は、その外周部が後述する座面を除いて、先端部外周面の先端側がなす円錐面よりも軸線Ｏに対する傾斜が急角度で先端側に向かうに従い縮径する軸線Ｏを中心とした円錐面状のゲージ面４とされるとともに、このゲージ面４よりも内周側の先端面の内周部は軸線Ｏに垂直な平面状のフェイス面５とされている。

これらゲージ面４とフェイス面５には、上記掘削チップ３が取り付けられている。掘削チップ３は、超硬合金等の工具本体１よりも硬質な材料により形成されていて、本実施形態ではチップ中心線Ｃを中心とした円柱状をなす後端部と、このチップ中心線Ｃ上に中心を有する後端部と同径の半球状をなす先端部の刃先とが一体に焼結されたボタンチップである。

このうち、フェイス面５には、掘削チップ３の取付部６として断面円形の凹孔が、軸線Ｏに平行すなわちフェイス面５に垂直に、周方向と径方向に間隔をあけて複数（本実施形態では８つ）形成されており、掘削チップ３はこれらの取付部６に後端部を挿入させるとともに刃先をフェイス面５から突出させて、ロウ付けや圧入等により植設されて取り付けられている。こうしてフェイス面５に取り付けられた複数の掘削チップ３は、互いの刃先の軸線Ｏ回りの回転軌跡が重なり合って該フェイス面５の略全体を覆うように配設されている。

また、ゲージ面４にも周方向に間隔をあけて複数（本実施形態では９つ）の断面円形の凹孔が取付部７として形成されており、これらの取付部７に掘削チップ３がやはり後端部を挿入させるとともに刃先をゲージ面４から突出させて、ロウ付けや圧入等により植設されて取り付けられている。ただし、これらゲージ面４の取付部７は、その凹孔の中心線が工具本体１の軸線Ｏを含む平面に平行で僅かに工具回転方向Ｔの反対側に位置する平面Ｐ上に位置して軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い工具本体１の外周側に延びるように配設されている。

従って、これに伴い該取付部７に取り付けられる掘削チップ３も、そのチップ中心線Ｃが軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い、図５に示すように工具本体１の外周側に向かうように傾斜するとともに、図４に示すように工具回転方向Ｔ側に向かうようにも傾斜することになる。なお、このゲージ面４の取付部７に取り付けられる掘削チップ３のチップ中心線Ｃの工具回転方向Ｔへの傾斜角は、図４に示したように軸線Ｏに垂直で掘削チップ３の刃先がなす半球の中心を通る直線方向から見たときの該軸線Ｏに対する傾斜角θとして、５°〜２０°の範囲が望ましく、１０°〜１５°の範囲がより望ましい。

そして、工具本体１の先端面の外周部であるゲージ面４には、このゲージ面４の各取付部７に取り付けられた掘削チップ３のチップ中心線Ｃに垂直な平面状の座面８が、該取付部７にそれぞれ隣接して形成されている。これらの座面８は、本実施形態では取付部７の工具回転方向Ｔとは僅かに反対側から工具回転方向Ｔ側に向けて延びていて、工具回転方向Ｔとは反対側のゲージ面４との交差稜線部は半楕円形をなしているとともに、工具回転方向Ｔ側ではフェイス面５の外周部を部分的に切り欠くように延びており、凹孔である取付部７はこの座面８に開口している。

さらに、本実施形態では、ゲージ面４の取付部７に取り付けられた掘削チップ３の軸線Ｏ回りの回転軌跡がなす最大外径が、工具本体１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。すなわち、軸線Ｏを中心としてゲージ面４の掘削チップ３に外接する円筒の直径が、本実施形態では工具本体１において最大外径となるゲージ面４の外周縁の直径（ゲージ面４と工具本体１の先端部外周面のうち軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い円錐面状をなして拡径する部分との交差稜線が位置する円の直径）よりも大きくされて、軸線Ｏ方向先端側から見て図２に示すようにゲージ面４の掘削チップ３の刃先が工具本体１から僅かにはみ出している。

さらにまた、本実施形態では、凹孔である取付部７が開口する座面８は、後述するように取付部７から工具本体１の外周側と工具回転方向Ｔ側とに向かうに従い軸線Ｏ方向の後端側に傾斜して、工具本体１の先端部において最大外径となる上記ゲージ面４の外周縁と交差することになり、図３および図４に示すように取付部７は、このゲージ面４の外周縁を軸線Ｏ方向後端側において僅かに越えた位置にまで形成されている。従って、この取付部７に取り付けられる掘削チップ３も、工具本体１の先端部において最大外径をなす部分であるゲージ面４の外周縁と軸線Ｏ方向において僅かに重なり合うことになる。

なお、上述のように軸線Ｏ方向後端側から先端側に向かうに従い拡径するように形成された工具本体１の先端部の外周面には、ゲージ面４の各取付部７の工具回転方向Ｔ側において座面８にそれぞれ交差して開口するように、繰り粉の排出溝９が形成されている。これらの排出溝９は、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い工具回転方向Ｔの反対側に向かうように、側面視においてチップ中心線Ｃの傾斜と同じ向きに傾斜しており、取付部７が９つである本実施形態では、溝深さが浅くて溝長さが短い１つの第１の排出溝９Ａと、溝深さが深くて溝長さも長い第２、第３の２つの排出溝９Ｂ、９Ｃとが、工具回転方向Ｔの反対側に向けてこの順に３組形成されている。

このうち、第１の排出溝９Ａと、この第１の排出溝９Ａの工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する第２の排出溝９Ｂとが開口する座面８の工具回転方向Ｔ側には、座面８と鈍角に交差して工具回転方向Ｔ側に向かうに従い軸線Ｏ方向先端側に向けて延び、ゲージ面４およびフェイス面５に交差する壁面１０が形成されている。この壁面１０は、工具本体１の外周側に向けては、僅かに工具回転方向Ｔ側に向かいつつ軸線Ｏ方向後端側に向かうように傾斜しており、第１、第２の排出溝９Ａ、９Ｂはこの壁面１０にも交差して開口している。

一方、工具本体１の先端部には、後端部の円筒部（スカート部）の底面中央部から軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い工具本体１の外周側に向けて延びるブロー孔１１が周方向に等間隔に本実施形態では３つ形成されており、これらのブロー孔１１はそれぞれ第３の排出溝９Ｃのゲージ面４における開口部の工具本体１内周側においてフェイス面５に開口している。さらに、これらのブロー孔１１のフェイス面５における開口部と、その外周側に開口する第３の排出溝９Ｃのゲージ面４における開口部との間には断面Ｕ字状の連通溝１２が形成されている。

さらにまた、本実施形態では、工具本体１の後端部の外周も、先端部との間の部分よりも一段拡径するように形成されており、ただしこの拡径した後端部の最大外径は、上述した工具本体１の最大外径となるゲージ面４の外周縁の直径よりは小さく設定されている。さらに、この工具本体１の後端部の拡径した部分には、周方向において上記第１〜第３の排出溝９Ａ〜９Ｃの後端の位置の軸線Ｏ方向後端側に、軸線Ｏに平行に延びる凹溝１３が形成されている。

このように構成された掘削工具では、工具本体１の先端面の外周部であるゲージ面４に取り付けられた掘削チップ３が、そのチップ中心線Ｃが軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い工具本体１の外周側に向かうとともに工具回転方向Ｔ側に向かうようにも傾斜しているので、工具回転方向Ｔへの回転力による曲げ応力をチップ中心線Ｃ方向への圧縮応力として受け止めて緩和し、掘削チップ３に折損等が生じるのを防ぐことができる。

そして、このようにチップ中心線Ｃが工具本体１外周側と工具回転方向Ｔ側とに傾斜していて、工具本体１の軸線Ｏとは捩れの位置関係にあるにも関わらず、上記構成の掘削工具では、ゲージ面４における掘削チップ３の取付部７に隣接して、この取付部７に取り付けられる掘削チップ３のチップ中心線Ｃに垂直な平面状の座面８が形成されているので、掘削チップ３がある程度摩耗して再研磨を行う際には、この座面８を基準とすることにより正確に再研磨を行うことができる。具体的には、再研磨砥石の回転軸線をチップ中心線Ｃに垂直に配置するのに代えて、座面８に平行に配置して再研磨を行えばよい。

従って、上記構成の掘削工具によれば、掘削チップ３の刃先が歪に再研磨されてしまうのを防いで、再研磨後の刃先に高い耐欠損性を確保することができる。このため、上述のように工具回転方向Ｔへの回転力によって掘削チップ３に折損等が生じるのを防ぐことができるのと相俟って、長期に亙って安定した掘削を行うことが可能な長寿命の掘削工具を提供することが可能となる。

しかも、本実施形態では、工具本体１の先端面外周部のゲージ面４に取り付けられた掘削チップ３が、工具本体１の先端部において最大外径をなす部分であるゲージ面４の外周縁と軸線Ｏ方向において重なり合って、この外周縁よりも僅かに軸線Ｏ方向後端側にまで位置するように配置されており、座面８および排出溝９の間に残されたゲージ面４の上記外周縁の直ぐ工具回転方向Ｔ側に掘削チップ３が配設されていることとも相俟って、この工具本体１先端部の最大外径をなすゲージ面４の外周縁を、掘削チップ３により掘削される掘削孔の内周との接触から掘削チップ３自体によって保護して工具本体１の摩耗を抑制することができる。従って、この最大外径部であるゲージ面４に植設された掘削チップ３が工具本体１の摩耗によって早期に脱落するのを防ぐことができ、さらに工具寿命の延長を図ることが可能となる。

さらに、本実施形態では、上記座面８が、工具本体１の先端面外周部のゲージ面４における取付部７の少なくとも工具回転方向Ｔ側に隣接して形成されている。ここで、ゲージ面４の取付部７に取り付けられる掘削チップ３のチップ中心線Ｃは上述のように軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い工具本体１の外周側と工具回転方向Ｔ側とに傾斜しているので、このチップ中心線Ｃに垂直な座面８は、取付部７から工具本体１の外周側と工具回転方向Ｔ側とに向かうに従い軸線Ｏ方向の後端側に傾斜することになり、この掘削チップ３の工具回転方向Ｔ側と外周側には、上述のような円錐面状のゲージ面４がそのまま残されている場合と比べて大きなスペースが確保されることになる。

このため、本実施形態によれば、ゲージ面４に取り付けられた掘削チップ３によって生成された繰り粉を、工具本体１の回転によって掘削チップ３により押し出して工具回転方向Ｔ側と外周側の上記スペースから効率的に排出することができる。従って、このような繰り粉が座面８上に滞留するのを防ぐことができて、繰り粉により工具本体１が摩耗して掘削チップ３の早期脱落を生じるような事態も防ぐことができる。

さらにまた、本実施形態では、工具本体１の拡径した先端部外周に排出溝９が形成されており、これらの排出溝９は、上述のようにゲージ面４における取付部７の工具回転方向Ｔ側に隣接して形成された座面８に開口している。このため、特に掘削チップ３の刃先によって工具回転方向Ｔ側に押し出された繰り粉を、この排出溝９から工具本体１の後端側に排出することができ、繰り粉による工具本体１の摩耗を一層確実に防止することが可能となる。

しかも、これらの繰り粉の排出溝９は、本実施形態では軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い工具回転方向Ｔの反対側に向かうように傾斜しているので、排出溝９に排出された繰り粉は工具本体１の後端側に押し出され、さらに拡径した工具本体１の後端部に形成された凹溝１３を通して工具本体１よりも後端側の上記掘削ロッドと掘削孔との間の空間に排出される。従って、座面８から排出溝９に排出された繰り粉を、速やかに工具本体１と掘削孔との間から除去することができ、掘削時の抵抗の低減を図ることができる。

しかも、これらの排出溝９の傾斜の向きは、上述したようにゲージ面４に形成された取付部７に取り付けられる掘削チップ３のチップ中心線Ｃの傾斜の向きと同じである。このため、凹孔として形成される取付部７と、その周方向に隣接する排出溝９との間の工具本体１に肉厚を比較的均一にすることができ、排出溝９内を流れる繰り粉による摩耗によっても掘削チップ３が早期に脱落するのを防ぐことができる。

また、これらの排出溝９のうち、溝深さが深くて溝長さも長い第３の排出溝９Ｃは、工具本体１の先端部に形成されたブロー孔１１に、フェイス面５において連通溝１２を介して連通している。そして、掘削時には上記掘削ロッドを通して供給された圧縮空気等をブロー孔１１から連通溝１２に噴出することにより、第３の排出溝９Ｃに排出された繰り粉を後端側に押し出すことができるので、本実施形態によれば、さらに効率的な繰り粉の排出を図ることができる。

なお、本実施形態では、掘削チップ３として刃先が半球状をなすボタンチップを用いた場合について説明したが、刃先が砲弾状をなすバリスティックタイプの掘削チップや、刃先の後端部が円錐台状をなして先端部が半径の小さな半球状をなすスパイクタイプの掘削チップを取付部６、７に取り付けた掘削工具に本発明を適用することも勿論可能である。また、フェイス面５の取付部６に取り付けられる掘削チップ３も、特許文献１に記載された掘削工具と同様に、そのチップ中心線Ｃが軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い工具回転方向Ｔ側に傾斜していてもよい。

１ 工具本体
２ 雌ネジ部
３ 掘削チップ
４ ゲージ面(工具本体１の先端面の外周部）
５ フェイス面
６、７ 取付部
８ 座面
９(９Ａ〜９Ｃ） 排出溝
１０ 壁面
１１ ブロー孔
１２ 連通溝
１３ 凹溝
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 工具回転方向
Ｃ チップ中心線

Claims (4)

1. 軸線回りに回転される工具本体の先端面の外周部に掘削チップが取り付けられ、
   上記掘削チップは、そのチップ中心線が上記軸線方向先端側に向かうに従い上記工具本体の外周側と工具回転方向側に向かうように傾斜しているとともに、
   上記工具本体の先端面の外周部には、上記掘削チップの取付部に隣接して、上記チップ中心線に垂直な平面状の座面が形成されていることを特徴とする掘削工具。
2. 上記座面は、上記掘削チップの取付部の少なくとも工具回転方向側に隣接して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
3. 上記工具本体の外周部には、上記掘削チップの取付部の工具回転方向側において上記座面に開口する繰り粉の排出溝が形成されていることを請求項２に記載の掘削工具。
4. 上記掘削チップは、上記工具本体の先端部において最大外径をなす部分と上記軸線方向において重なり合っていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の掘削工具。

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