JP2017166216A - カッタビット - Google Patents

Abstract

【課題】チップの脱落を防止することでカッタビットの長寿命化を図り、かつ、切削能力の向上を図ることを可能としたカッタビットを提案する。【解決手段】母材２と、母材２に固定された刃材３とを備えるカッタビット１であって、母材２にはその先端側に開口する凹部２１が形成されており、刃材３は、母材２の先端部において前面および背面が露出している上段刃部３１と、凹部２１に埋め込まれた下段刃部３２とを有し、上段刃部３１は、前面側の露出面が背面側の露出面よりも大きく、下段刃部３２は、凹部２１内において前面、後面および底面が固定されている。【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、カッタビットが設置された掘削機により行う。
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。カッタビット全体を強度の高い材料により構成すれば、カッタビットの交換頻度を低減させることが可能であるものの、コストが高くなるとともに、掘削機への取り付け方法も制限されてしまう。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が開発されている。

例えば、特許文献１には、複数のチップが積層された状態で刃先部に埋め込まれたカッタビットが開示されている。このカッタビットによれば、表面側のチップおよび母材（シャンク）が磨耗すると、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。
また、特許文献２には、施工範囲の地層（地質）および層厚に適合した材質および枚数のチップが母材に貼りつけられたカッタビットが開示されている。このカッタビットによれば、施工時の土質の変化に対応してチップが積層されているため、カッタビットの長寿命化を図ることができる。

特許第５１３９９６８号公報 特開２０１４−１４１８４６号公報

特許文献１のカッタビットは、チップの露出面が少ないため、母材の摩耗が多くなってしまう。そのため、母材の摩耗が激しい場合には、チップが早期に脱落するおそれがあった。
また、特許文献２のカッタビットは、チップが２面のみにおいてろう付けされているため、外力により想定よりも早く母材から脱落するおそれがあった。
本発明は、前記の問題点を解決するものであり、チップの脱落を防止することでカッタビットの長寿命化を図り、かつ、切削能力の向上を図ることを可能とした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、前記母材にはその先端側に開口する凹部が形成されており、前記刃材は、前記母材の先端部において前面および背面が露出している上段刃部と、前記凹部に埋め込まれた下段刃部とを有し、前記上段刃部は前面側の露出面が背面側の露出面よりも大きく、前記下段刃部は前記凹部内において前面、後面および底面が固定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、刃材が母材に埋め込まれているため、固定面（ろう付け面）が多く、刃材が脱落し難い。そのため、カッタビットの長寿命化を図ることができる。また、上段刃部の前面側の露出面が大きいため、母材の摩耗を最小限に抑えることができ、ひいては、早期に刃材が脱落することを防止することができる。
ここで、本明細書において、「前面」はカッタビットの進行方向前側の面であり、「後面」はカッタビットの進行方向後側の面である。また、「背面」は地山（切削面）に対向する面であり、「底面」はカッタヘッド側の面である。

前記カッタビットは、前記刃材の後面側に補助刃材が積層されており、前記凹部の底部には段差が形成されていて、前記下段刃部および前記補助刃材が、それぞれ前面および底面において前記母材に直接固定されていてもよい。
かかるカッタビットによれば、刃材が摩耗して脱落したとしても、補助刃材が露出するため、長期間にわたってカッタビットの切削能力が維持される。
なお、前記カッタビットは、前記上段刃部の後面および底面は直交しており、前記下段刃部の後面は前記上段刃部の後面の延長線上にあり、前記下段刃部の前面は当該下段刃部の後面と平行であり、前記下段刃部の底面は前記上段刃部の底面と平行で、かつ、当該上段刃部の底面よりも小さい幅を有したものであるのが望ましい。
かかるカッタビットによれば、刃材の前面側の露出面を大きくすることが可能となるため、母材の摩耗を最小限に抑えることができ、また、刃材が早期に脱落することを防止することができる。

本発明のカッタビットによれば、チップの脱落を防止することでカッタビットの長寿命化を図り、かつ、切削能力の向上を図ることを可能となる。

本発明の実施形態に係るカッタビットを示す側面図である。 図１のカッタビットの分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）刃材の形状を決定する方法の手順を示す側面図である。

本実施形態では、掘削機のカッタヘッドに固定されて地山の切削を行うカッタビット１について説明する。カッタビット１は、図１に示すように、母材２と、母材２に固定された第一刃材（刃材）３と、第二刃材（補助刃材）４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、第一刃材３および第二刃材４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には、図２に示すように、その先端側に開口する凹部２１が形成されている。本明細書において、母材の先端とは、母材２の前面２２と背面２３との角部をいう。凹部２１は、母材２の先端に形成された欠損部分である。本実施形態の凹部２１の底部には、階段状の段差が形成されている。第一刃材３および第二刃材４は、母材２に直接固定（ろう付け）される。

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、図１に示すように、先端部（第一刃材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。母材２の背面２３は、地山Ｇ（切削面）に対向する面であり、先端部（第一刃材３）側に向うに従って底面２５から離れるように傾斜している。背面２３の延長面と前面２２の延長面とが交わる角部は鋭角となる。本実施形態では、背面２３に折れ点が形成されているが、背面２３は平面（折れ点のない平坦な面）であってもよい。
母材２の後面２４は、カッタビット１の進行方向後側の面であり、底面２５は、図示せぬカッタヘッドに当接する面である。母材２の後面２４と底面２５は、直角に交わっている。なお、後面２４および底面２５の必ずしも直角である必要はない。
底面２５には、段差が形成されていて、カッタヘッドに係止することが可能に構成されている。なお、底面２５の段差は必要に応じて形成すればよい。また、母材２の形状は限定されない。

母材２の後部（凹部２１の底部よりも後面側）には、図２に示すように、カッタヘッドに固定する際に使用するボルト孔２６，２６が形成されている。ボルト孔２６は、母材２の背面２４から底面２５を貫通している。図１に示すように、ボルト孔２６の内部にはボルトの頭部を係止するための段差が形成されている。本実施形態では、前後に並設された二つのボルト孔２６，２６が形成されている。なお、ボルト孔２６の配置や数は限定されるものではない。また、ボルト孔２６は、必要に応じて形成すればよく、母材２のカッタヘッドへの固定方法によっては省略してもよい。

第一刃材３は、超硬チップにより構成されている。本実施形態の第一刃材３は、図１に示すように、母材２の先端部において前面および背面が露出している上段刃部３１と、凹部２１に埋め込まれた下段刃部３２とを有している。なお、図１中の一点鎖線は、上段刃部３１と下段刃部３２との強化を示す仮想線である。
上段刃部３１は、断面視四角形状を呈しており、上段刃部３１先端（前面と背面との交差部）は鋭角となっている。一方、上段刃部３１の後端（底面と後面との交差部）は直角になっている。さらに、前面下側の端部（前面と底面との交差部）は鋭角、後面上側の端部（背面と後面との交差部）は鈍角になっている。また、上段刃部３１は、前面側の露出面が背面側の露出面よりも大きい。
上段刃部３１の前面は、母材２の前面２２と面一になるように形成されている。すなわち、上段刃部３１の前面は、母材２の前面２２の欠損部分に配置されている。上段刃部３１の背面は、母材２の背面２３と面一になるように形成されている。すなわち、上段刃部３１の背面は、母材２の背面２３の欠損部分の一部に配置されている。上段刃部３１の底面の一部は、母材２にろう付けされていて、当該底面の他の部分には下段刃部３２が一体に形成されている。

下段刃部３２は、断面視矩形状を呈していて、上段刃部３１の底面の後側部分に突設されている。下段刃部３２の後面は、上段刃部３１の後面の延長線上にある。また、下段刃部３２の前面は、後面と平行であり、下段刃部３２の底面は上段刃部３１の底面と平行である。さらに、下段刃部３２の底面は、上段刃部３１の底面よりも小さい幅を有している。すなわち、第一刃材３は、先端が鋭角で、かつ、上段刃部３１が下段刃部３２よりも前側に突出した鏃状を呈している。
下段刃部３２の前面、後面および底面は、凹部２１内において母材２または第二刃材４にろう付け固定されている。なお、下段刃部３２の前面および底面は、凹部２１の内面に直接固定されていて、下段刃部３２の後面は第二刃材４に固定されている。

第一刃材３の形状の設定方法は限定されるものではないが、本実施形態では以下の手順により行う。
まず、図３（ａ）に示す一般的な貼り付けタイプのカッタビット１０に対して、図３（ｂ）に示すように、刃材３０の背面後端（点Ａ）を中心として、刃材３０を回転させる。このときの回転角度θ_２は、例えば、カッタビット１の先端の角度θ_１の１／２とする。なお、回転角度θ_２の大きさは限定されるものではない。
次に、図３（ｃ）に示すように、回転させた刃材３０の前面と底面との角（点Ｂ）からカッタビット１の底面と平行な線（水平線）を延ばし前面との交点（点Ｃ）を設定する。点Ｃを上段刃部３１の前面の端点とし、点Ｃから刃材３０の前面に垂線をおろし、この垂線を上段刃部３１の底面とすることで、第一刃材３の形状を決定する。

第二刃材４は、超硬チップにより構成されており、図１に示すように、第一刃材３の後面に積層されている。第二刃材４は、断面視四角形状の板状チップであり、前面と背面の角は鋭角、前面と底面の角および底面と後面の角は直角、後面と背面の角は鈍角である。第二刃材４の背面は、母材２の背面と面一になるように形成されていて、母材２の先端部において露出している。
第二刃材４の底面および後面は、母材２の凹部２１の内面に直接固定されている。また、第二刃材３２の前面は、第一刃材３１の後面および母材２に固定されている。

以上、本実施形態のカッタビット１によれば、第一刃材３の下段刃部３２が凹部２１に根入れされているため、母材２との接合性が高い。第一刃材３を凹部２１に根入れすることで、従来の貼り付けタイプのカッタビット（図３（ａ）参照）に比べて、ろう付け面積が大きく確保することができる。また、第一刃材３は、凹部２１内において、３面でろう付けされているため、抜け出し難い。そのため、第一刃材３が衝撃などにより脱落することが防止され、カッタビット１の限界摩耗量が伸び、ひいては、カッタビット１の長寿命化が可能となる。

また、第一刃材３の前面側の露出面が大きいため、母材２の摩耗量が少なくなる。そのため、母材２の摩耗により第一刃材３が脱落または破損することを防止し、カッタビット１に長寿命化が可能となる。また、第一刃材３の脱落を防止することによって掘削機等に悪影響を及ぼすことがない。
第一刃材３の背面には、第二刃材４が積層されているため、第一刃材３が摩耗等によって脱落しても、第二刃材４が現れる。したがって、カッタビット１を交換せずとも連続して切削することができる。
凹部２１には、段差が形成されているため、第二刃材４についても凹部２１内において３面でろう付けすることができる。そのため、第二刃材４が早期に脱落（抜け出す）す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。

前記実施形態では、刃材（第一刃材３）の背面に、補助刃材（第二刃材４）を積層する場合について説明したが、第二刃材４は必ずしも設ける必要はない。また、前記実施形態では、刃材（第一刃材３）の背面に１枚の補助刃材（第二刃材４）が積層されている場合について説明したが、補助刃材は、地山状況や掘削延長等に応じて２枚以上積層してもよい。
刃材（第一刃材３および第二刃材４）を構成する材料は、限定されるものではなく、予想される地質等に応じて適宜決定すればよい。また、第一刃材３と第二刃材４には、異なる材質のカッタチップを使用してもよいし、同じ材質のカッタチップを使用してもよい。

１ カッタビット
２ 母材
２１ 凹部
２２ 前面
２３ 背面
２４ 後面
２５ 底面
３ 第一刃材（刃材）
３１ 上段刃部
３２ 下段刃部
４ 第二刃材（補助刃材）

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、
   前記母材には、その先端側に開口する凹部が形成されており、
   前記刃材は、前記母材の先端部において前面および背面が露出している上段刃部と、前記凹部に埋め込まれた下段刃部とを有し、
   前記上段刃部は、前面側の露出面が背面側の露出面よりも大きく、
   前記下段刃部は、前記凹部内において前面、後面および底面が固定されていることを特徴とする、カッタビット。
2. 前記刃材の後面側に補助刃材が積層されており、
   前記凹部の底部には段差が形成されていて、
   前記下段刃部および前記補助刃材が、それぞれ前面および底面において前記母材に直接固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のカッタビット。
3. 前記上段刃部の後面および底面は直交しており、
   前記下段刃部の後面は、前記上段刃部の後面の延長線上にあり、
   前記下段刃部の前面は、当該下段刃部の後面と平行であり、
   前記下段刃部の底面は、前記上段刃部の底面と平行で、かつ、当該上段刃部の底面よりも小さい幅を有してい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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