JP2018076686A - 掘削ビット - Google Patents

Abstract

【課題】従来のものよりも長寿命の掘削ビットを提供する。
【解決手段】掘削ビットは、第１の端面１１と、第１の端面１１に対向する第２の端面と、第１の端面１１から第２の端面まで貫通する貫通穴と、を有し、超硬合金からなる第１チップ１０と、第３の端面と、第３の端面に対向する第４の端面と、を有し、第１チップ１０の硬度以下の硬度である超硬合金からなる第２チップ２０と、第１チップ１０の貫通穴に挿入され、ダイヤモンド焼結体からなる第３チップ３０と、鋼材からなり、底面と底面の周囲に配置される一つの立壁４３とで構成されるチップ取り付け部４１を有する母材４０と、を備え、第２チップ２０の第４の端面はチップ取り付け部４１の底面にろう付けで接合され、第１チップ１０の第２の端面および第３チップ３０は第２チップの第３の端面にろう付けで接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は掘削機に用いられる掘削ビットに関するものである。

近年、掘削工事においては、コスト低減の観点から、掘削ビットの長寿命化が望まれている。一般に、掘削ビットは、鋼材からなるシャンク（母材）に対して超硬合金製のチップを取り付けたものが知られている。長寿命化を図った掘削ビットとして特許文献１は、比較的軟性のチップと、比較的硬性のチップとを併用したものを開示している。

特開２００６−２４１６８１号公報

特許文献１が開示する掘削ビットの寿命は決して十分なものではなく、さらに長寿命な掘削ビットが要求されている。本発明は、上記実情に鑑みて、より長寿命な掘削ビットを提供することを目的とする。

本発明に係る掘削ビットは、第１の端面と、前記第１の端面に対向する第２の端面と、前記第１の端面から前記第２の端面まで貫通する貫通穴と、を有し、超硬合金からなる第１チップと、第３の端面と、前記第３の端面に対向する第４の端面と、を有し、前記第１チップの硬度以下の硬度である超硬合金からなる第２チップと、前記第１チップの貫通穴に挿入され、ダイヤモンド焼結体からなる第３チップと、鋼材からなり、底面と前記底面の周囲に配置される一つの立壁とで構成されるチップ取り付け部を有する母材と、を備え、前記第２チップの前記第４の端面は前記チップ取り付け部の前記底面にろう付けで接合され、前記第１チップの前記第２の端面および前記第３チップは前記第２チップの前記第３の端面にろう付けで接合される掘削ビットである。

本発明に係る掘削ビットは、第３チップが円柱状であると好ましい。

本発明に係る掘削ビットは、第１チップが四角柱であって、第１チップの第１の端面とその側面との交差稜線部に面取りが施されていると好ましい。

本発明に係る掘削ビットは、第１チップの側面の一部が母材のチップ取り付け部が有する立壁にろう付けされ、第２チップの側面の一部がチップ取り付け部の立壁にろう付けされると好ましい。

実施形態に係る掘削ビットを適用したカッターフェイスを盤面側から見た図である。 実施形態に係る掘削ビットの斜視図である。 実施形態に係る掘削ビットの別の角度からの斜視図である。 実施形態に係る掘削ビットの正面図である。 実施形態に係る掘削ビットの左側面図である。 実施形態に係る掘削ビットの平面図である。 実施形態に係る母材の斜視図である。 図６のＶIII―ＶIII断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、円盤状のカッターフェイス１００は、掘削機（図示せず）の先端に回転可能に配置され、本実施形態の掘削ビット１はカッターフェイス１００の盤面に取り付けられる。具体的には、一部の掘削ビット１はカッターフェイス１００の縁に沿って配置され、別の掘削ビット１はカッターフェイス１００の中心から放射状に配置される。

図２から図８に示すように、掘削ビット１は、円形の貫通穴を有する第１チップ１０と、第１チップ１０に接合される第２チップ２０と、第１チップ１０の貫通穴に挿入される第３チップ３０と、第１チップ１０および第２チップ２０を取り付けるためのチップ取り付け部４１を有する母材４０と、を備える。

第１チップ１０は第１の端面１１と第１の端面１１に対向する第２の端面１２とを有する、おおよそ四角柱に近似できる形状である。以下の説明においては、第１チップ１０の第１の端面１１を「上面１１」と便宜的に呼称し、第２の端面１２を「下面１２」と便宜的に呼称する。

第２チップ２０は第３の端面２１と、第３の端面２１に対向する第４の端面２２と、を有する、第１チップ１０よりも相対的に薄い四角形平板形状である。
ここで「薄い」とは、第２チップ２０の第３の端面２１から第４の端面２２までの距離が、第１チップ１０の上面１１から下面１２までの距離よりも短いことを意味している。
以下の説明においては、第２チップ２０の第３の端面２１を「上面２１」と便宜的に呼称し、第４の端面２２を「下面２２」と便宜的に呼称する。

第３チップ３０は、円柱状でダイヤモンド焼結体からなる。以下の説明においては、第３チップ３０を構成する面のうち第２チップ２０と当接する面を「下面３２」と便宜的に呼称し、下面３２に対向し、外に露出する面を「上面３１」と便宜的に呼称する。

第１チップ１０の上面１１と上面１１に接続する側面１３との交差稜線部が掘削に関与する部分となり、そこには面取り部１４がある。すなわち、第１チップ１０は三つの掘削に関与する部分を有する。図８の断面図に示すように、第１チップ１０は上面１１から下面１２までを貫く円形の貫通穴１５を有する。第１チップ１０の下面１２と第２チップ２０の上面２１とはろう付けによって接合される。第１チップ１０の側面１３の一部は、母材４０に形成されたチップ取り付け部４１を構成する立壁４３にろう付けで接合される。第１チップ１０は超硬合金からなり、硬度は８４ＨＲＡ以上８９ＨＲＡ以下であることが好ましい。

第３チップ３０は第１チップ１０に形成された貫通穴１５に挿入される。第３チップ３０の下面３２から上面３１までの距離は第１チップ１０のそれに等しく、第３チップ３０の上面３１および下面３２は第１チップ１０の上面１１および下面１２と面一になる。
第３チップ３０は第１チップ１０よりも硬く、その硬度は６０００ＨＶ以上１２０００ＨＶ以下であることが好ましい。
第１チップ１０の貫通穴１５に挿入された第３チップ３０の下面３２は、第２チップ２０の上面２１にろう付けで接合される。

第２チップ２０の外郭形状の大きさは、第１チップ１０の下面１２の大きさにほぼ等しい。
第２チップ２０の下面２２は、母材４０に形成されたチップ取り付け部４１の載置面４２（底面）にろう付けによって接合され、第２チップ２０の側面２３の一部はチップ取り付け部４１の立壁４３にろう付けによって接合される。
第２チップ２０は超硬合金からなり、その硬度は第１チップ１０の硬度と同じかそれよりも低い。

母材４０は鋼材からなり、図７に示すように、角部に比較的大きな切り欠き部を有しており、正面視したときの形状はおおよそＬ字形状である。
その切り欠き部は一体化された第１チップ１０、第２チップ２０、および第３チップ３０が載置されるチップ取り付け部４１となる。
チップ取り付け部４１は載置面４２と、載置面から立ち上がる一つの立壁４３と、で構成され、立壁４３がある箇所以外は外部に開放されている。すなわち、チップ取り付け部４１の周囲にある壁は立壁４３一つだけである。したがって、チップ取り付け部４１に取り付けられた第１チップ１０および第２チップ２０の側面の大部分は露出する。このように、母材４０をＬ字形状にし、チップ取り付け部４１の立壁４３を一つだけにすることで、略四角柱の外郭形状の第１チップ１０の掘削に関与する部分が増える。つまり、立壁４３の数を極力減らすことで、第１チップ１０の上面１１と側面１３との交差稜線部のうち露出する部分が増え、効率的に掘削できるようになる。
母材４０の上面４４の一部はチップ取り付け部４１から離れるにしたがって載置面４２に近付く向きに傾斜する傾斜面４５になっている。
傾斜面４５は上面４４の端に位置しており、母材４０の右側面に接続している。

次に、実施形態に係る掘削ビット１の効果について説明する。掘削ビット１は、図１に示すようにカッターフェイス１００の盤面に溶接によって固定される。カッターフェイス１の回転に際して第１チップ１０が地盤に当接して当該地盤を掘削する。掘削ビット１は、第３チップ３０によって高い耐摩耗性が得られ、また第３チップ３０に加わる衝撃を第１チップ１０が緩衝するために耐衝撃性も向上する。この結果、掘削ビット１の長寿命化を図ることができる。

また、第１チップ１０および第３チップ３０と母材４０との間には、第１チップ１０と同等かより小さい硬度の超硬合金からなる第２チップ２０が介在している。母材４０は熱膨張しやすく、第１チップ１０および第３チップ３０は母材４０よりも熱膨張しにくいので、直接これらが接合されていると通常ならば相互間で応力ひずみが生じるが、第２チップ２０があることによって、その応力歪みが緩和される。このため、第１チップ１０と第３チップ３０とにクラックを生じる事態が緩和される。

第１チップ１０の側面１３の一部および第２チップ２０の側面２３の一部がチップ取り付け部４１の立壁４３にろう付けされることにより、より強固に固定され、掘削時に岩盤からこれらチップに加わる力に対する抵抗力が向上する。そのため、掘削ビット１の寿命が延びる。

母材４０の上面４４に傾斜面４５が設けられることにより、破砕した岩石の破片（いわゆる繰粉）を効果的に機械の後方に排出できるようになる。

掘削ビット１においては、第１チップ１０および第３チップ３０と第２チップ２０とは、ろう付けによって接合されることで、締結部材や接着剤などのその他の接合方法よりも強い耐衝撃性で接合される。２００N/mm2以上の強度と低い接合温度で足りるという観点から、銀ろう付けが好ましい。

本発明は上記の実施形態に限定されず種々の変形が可能である。
例えば、母材４０に形成されるチップ取り付け部４１に関して、上記実施形態では載置面４２と立壁４３とが直接接続されているが、載置面４２と立壁４３との間に第２チップ２０の縁が接触することを防止する為のぬすみが形成されていてもよい。ぬすみの有無自体は本願発明の実質的な効果に影響を与えない。
上記実施形態では第３チップ３０は円柱状であったが、第３チップ３０の形状に特に限定はなく、例えば直方体であってもよい。

１…掘削ビット
１０…第１チップ
２０…第２チップ
３０…第３チップ
４０…母材
４１…チップ取り付け部
１００…カッターフェイス

Claims (4)

1. 第１の端面と、前記第１の端面に対向する第２の端面と、前記第１の端面から前記第２の端面まで貫通する貫通穴と、を有し、超硬合金からなる第１チップと、
   第３の端面と、前記第３の端面に対向する第４の端面と、を有し、前記第１チップの硬度以下の硬度である超硬合金からなる第２チップと、
   前記第１チップの貫通穴に挿入され、ダイヤモンド焼結体からなる第３チップと、
   鋼材からなり、底面と前記底面の周囲に配置される一つの立壁とで構成されるチップ取り付け部を有する母材と、を備え、
   前記第２チップの前記第４の端面は前記チップ取り付け部の前記底面にろう付けで接合され、
   前記第１チップの前記第２の端面および前記第３チップは前記第２チップの前記第３の端面にろう付けで接合される掘削ビット。
2. 前記第３チップが円柱状である請求項１記載の掘削ビット。
3. 前記第１チップが四角柱であって、前記第１チップの前記第１の端面と、前記第１の端面に接続する側面との交差稜線部に面取り部がある請求項１または２記載の掘削ビット。
4. 前記第１チップの前記第１の端面および前記第２の端面に接続する側面の一部は、前記チップ取り付け部の前記立壁にろう付けで接合され、
   前記第２チップの前記第３の端面および第４の端面に接続する側面の一部は、前記チップ取り付け部の前記立壁にろう付けで接合される請求項１から３のいずれかに記載の掘削ビット。
   

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