JP2022114686A - 掘削チップおよび掘削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】このような背景の下になされたもので、先端部の摩耗の進展を抑えることによって削孔効率の低下を抑制するとともに再研磨加工のコストを削減することが可能な掘削チップおよび掘削工具を提供する。【解決手段】軸線回りに回転させられるとともに打撃力が与えられる工具本体の先端面に取り付けられる掘削チップであって、柱状の基端部と基端部から先端側に突出する先端部とが一体に形成されたチップ本体を備え、先端部は、チップ本体の先端側に突出する凸曲面状部と、チップ本体の先端側から見て基端部の中心線に対する直径方向に沿う延在方向に延びて凸曲面状部の表面から先端側に突出する突条部と、を有し、突条部は、幅寸法が延在方向の一方側に向かうに従い大きくなる拡幅部を有する、掘削チップ。【選択図】図１

Description

本発明は、掘削チップおよび掘削工具に関するものである。

軸線回りに回転させられるとともにトップハンマーやダウンザホールハンマーという削岩装置から出力される打撃エネルギーを軸線回りに回転される工具本体に与えて削孔を行う用途に用いる掘削工具では、工具本体の先端面にボタンビットという硬質の掘削チップ（ボタンビット）を取り付け、掘削チップの先端部を岩盤に接触させて打撃エネルギーを伝播することにより削孔を行う。

掘削工具の工具本体の先端面に取り付けられる掘削チップとしては、チップ本体の先端部が半球状をなすボタンチップや先端部が砲弾型のバリスティックチップ、あるいは先端部が円錐の突端を丸めた形状のスパイクチップなどが知られており、岩質によって最適な形状のものが選定されるが、削孔工程によるチップ本体の先端部の摩耗が著しい場合には、一般的にボタンチップが選定される。

掘削チップは、削孔が進行するに従いチップ本体の先端部が摩耗することにより削孔効率が低下して寿命を迎える。また、チップ本体の先端部が摩耗した掘削チップは、先端部を再研磨加工して刃先形状を再生することにより再利用することも行われているが、特に工具本体の先端面最外周のゲージ面に取り付けられた掘削チップ（ゲージチップ）が摩耗すると削孔径が小さくなるため、やはりある一定の大きさになると寿命となる。このため、長期に亙って削孔効率を維持するには、チップ本体の先端部の形状を摩耗し難い形状とする必要がある。

特許文献１には、超硬チップ（掘削チップ）の刃体（チップ本体）が、台金（工具本体）に埋設される円柱状の取り付け部と、この取り付け部の上端部に形成された穿孔部とからなり、この穿孔部は、先端側ほど順次曲率半径が小さくなるが半径が少なくとも１ｍｍ以上の半球体を複数個積み重ねた形状に形成された掘削チップが記載されている。

特許文献２には、同様に削孔効率を長期に亙って維持することを目的として、ゲージチップの先端部に、チップ中心線に沿った断面が先端側に向かうに従い曲率半径が段階的に小さくなる凸曲線状をなす少なくとも２段の凸曲面部が形成された掘削チップが記載されている。

特開平７－２９３１７３号公報 特開２０１２－０５７３１０号公報

掘削チップの摩耗は、チップ本体の先端部のうちでも岩盤に強く接触する工具本体の先端側に最も突出した頂部（チップ本体の円柱状の基端部の中心線と先端面との交点部分）において顕著となり、この部分から工具本体の軸線に対する径方向に延びる部分に、チップ本体の先端側から見て中心線に対する直径方向に帯状に広がってゆく。特に、上述したゲージチップは工具本体の削孔回転による転動距離が長く、また掘削対象との接触によって摩耗する部分が多いため、このような帯状の摩耗は一層顕著となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、先端部の摩耗の進展を抑えることによって削孔効率の低下を抑制するとともに再研磨加工のコストを削減することが可能な掘削チップおよび掘削工具を提供することを目的としている。

本発明の一態様の掘削チップは、軸線回りに回転させられるとともに打撃力が与えられる工具本体の先端面に取り付けられる掘削チップであって、柱状の基端部と前記基端部から先端側に突出する先端部とが一体に形成されたチップ本体を備え、前記先端部は、前記チップ本体の先端側に突出する凸曲面状部と、前記チップ本体の先端側から見て前記基端部の中心線に対する直径方向に沿う延在方向に延びて前記凸曲面状部の表面から先端側に突出する突条部と、を有し、前記突条部は、幅寸法が前記延在方向の一方側に向かうに従い大きくなる拡幅部を有する。

この構成によれば、チップ本体の先端部に、凸曲面状部の表面からさらに先端側に突出する突条部が設けられる。このため、掘削チップを工具本体の先端側から見て突条部が前記軸線に対する径方向に延びるように取り付けることにより、この軸線に対する径方向に帯状に進行するチップ本体先端部の摩耗を突条部に限定することができる。したがって、チップ本体の寿命を延長することができ、掘削工具による削孔効率の低下を抑制することが可能となる。しかも、掘削チップを再研磨する場合に、先端部の全体を再研磨加工することなく、突条部を再研磨すればよいので、再研磨に要するコストを削減することが可能となり、効率的かつ経済的な再研磨を行うことができる。

また、一般的に掘削チップの摩耗は、工具本体の軸線から離れた領域で大きくなりやすい。したがって、掘削チップは、工具の径方向外側に偏って顕著に摩耗しやすい。上述の構成によれば、突条部は、拡幅部において、延在方向の一方側に向かうに従い幅寸法が大きくなる。また、上述の構成の掘削チップは、拡幅部において幅寸法が大きくなる延在方向の一方側を工具本体の軸線の径方向外側に配置させるように工具本体に取り付けられる。このため、突条部は、摩耗の進行が進みやすい工具本体の径方向外側において幅寸法が大きくなり、当該領域において摩耗が局所的に進行することを抑制することができる。結果的に、掘削チップを長期間使用する場合であっても突条部の形状を維持することができ削孔効率の低下を抑制できる。

上述の掘削チップにおいて、前記拡幅部は、前記突条部の前記延在方向の全域に設けられる構成としてもよい。

この構成によれば、突条部の延在方向の全域において摩耗量に合わせて幅寸法を調整することができる。これにより、突条部の延在方向の全域の摩耗量を適切に制御できる。

上述の掘削チップにおいて、前記突条部は、前記拡幅部より前記延在方向の他方側に位置する一定幅部を有し、前記一定幅部は、前記延在方向に沿って幅寸法が一様である構成としてもよい。

この構成によれば、突条部の延在方向において摩耗量が特に大きくなる延在方向の他方側のみに拡幅部を配置する。これにより、突条部の延在方向の他方側の摩耗量を適切に制御できる。

上述の掘削チップにおいて、前記突条部は、前記突条部の幅方向両側をそれぞれ向き前記凸曲面状部から先端側に向かうに従い互いに近づくように傾斜する２つの傾斜面と、２つの前記傾斜面の頂部を繋ぎ前記延在方向に沿って帯状に延びる頂面と、を有する構成としてもよい。

この構成によれば、突条部は、先端側に向かうに従い互いに近づくように傾斜する２つの傾斜面を有するため、突条部の強度を確保することができるとともに、再研磨代を大きく確保することができる。

上述の掘削チップにおいて、前記突条部は、前記凸曲面状部からの突出高さが最も大きい最厚部を有し、前記突条部は、前記延在方向の両端部において前記凸曲面状部からの突出高さが最も小さくなり、前記延在方向の両端部から前記最厚部に向かうに従い前記凸曲面状部からの突出高さが徐々に大きくなる構成としてもよい。

この構成によれば、突条部は、最厚部から延在方向の両端部側に向かうに従って突出高さが徐々に小さくなる。突条部は、最厚部から延在方向の両端部側に向かうに従い摩耗量が徐々に小さくなるため、摩耗量に合わせて突出高さが適切に確保される。これにより、掘削チップは、突条部の摩耗が進んだ場合であっても先端形状を維持することが可能となり、安定した削孔を行うことができる。
また、最厚部が中心線上に位置する場合、突条部５の延在方向の中央部の強度も確保することができるとともに、この突条部の中央部が摩耗した場合に中央部の再研磨加工を行う場合でも再研磨代を大きく確保することができる。

上述の掘削チップにおいて、前記最厚部における前記突条部の前記凸曲面状部からの突出高さが、前記基端部の直径の９／１００以上３０／１００以下の範囲内とされている構成としてもよい。

最厚部の突出高さを基端部の直径の９／１００以上とすることで、突条部の摩耗が進んだ場合であっても十分に長く掘削チップを使用することができる。一方で、最厚部の突出高さを基端部の直径の３０／１００以下とすることで、最厚部の剛性を十分に確保して削孔効率を十分に高めることができる。

上述の掘削チップにおいて、前記突条部の前記延在方向の両端部は、前記基端部と前記先端部との境界部に位置している構成としてもよい。

この構成によれば、先端部の前記延在方向の全域に突条部が形成されるので、先端部の摩耗を一層確実に抑制することができる。

上述の掘削チップにおいて、前記突条部の根元部の幅寸法の最大値は、前記基端部の直径Ｄの１／３以上３／４以下の範囲内である構成としてもよい。

幅寸法の最大値が、基端部の直径の１／３を下回ると先端部の摩耗を確実に抑制することができなくなるおそれがある一方、３／４を上回ると抵抗の増大を招くおそれがある。

上述の掘削チップにおいて、前記凸曲面状部は、前記中心線上に中心を有する半球状である構成としてもよい。

この構成によれば、凸曲面状部をボタンチップのような半球状とすることで、突条部が摩滅してもチップ本体の先端部の摩耗をある程度は抑制することが可能となる。

上述の掘削チップにおいて、前記凸曲面状部は、前記中心線上に中心を有する砲弾形状である構成としてもよい。

突条部に拡幅部が設けられる掘削チップは、掘削対象との接触面が増加することで突条部の摩耗が抑制される一方で、接触面の増加に伴い掘削効率が低下する虞がある。上述の構成によれば、凸曲面状部を砲弾形状とすることで、半球形状の場合と比較して、掘削チップによる掘削効率を高めることができる。すなわちこの構成によれば、拡幅部を設けることのデメリットである掘削効率の低下を、凸曲面状部を砲弾形状によって補い、掘削効率と寿命のバランスがよい掘削チップを提供できる。

上述の掘削チップにおいて、前記突条部は、多結晶ダイヤモンド焼結体によって形成されている構成としてもよい。
上述の掘削チップでは、チップ本体の先端部の摩耗が突条部に限定される。この突条部を、通常のチップ本体の材質に用いられる超硬合金よりも高硬度の多結晶ダイヤモンド焼結体によって形成することにより、チップ本体の摩耗をさらに抑えて寿命を延長することができる。また、突条部のみを多結晶ダイヤモンド焼結体とすることで、一般的な多結晶ダイヤモンド焼結体を用いた掘削チップのように、超硬合金よりなるチップ本体の先端部の全体を多結晶ダイヤモンド焼結体によって被覆する場合に比べ、経済的でもある。

本発明の一態様の掘削工具は、上記の掘削チップと、先端面において前記掘削チップを保持し、軸線回りに回転させられる工具本体と、を備え、前記掘削チップは、前記先端部を前記先端面から突出させるとともに、前記突条部の前記延在方向を、前記工具本体の軸線に対する径方向に一致させるとともに、前記拡幅部において幅寸法が大きくなる延在方向の一方側を前記軸線の径方向外側に配置する。

この構成によれば、掘削チップは、拡幅部において幅寸法が大きくなる延在方向の一方側を、工具本体の軸線の径方向外側に配置するように工具本体に取り付けられる。これにより、上述の掘削チップを用いることによる効果を十分に享受することができる。

本発明によれば、掘削チップのチップ本体先端部の摩耗の進展を抑えることが可能となって、掘削工具による削孔効率の低下を抑制することができるとともに、再研磨加工を行う場合でも突条部を再研磨加工すればよいので、再研磨に要するコストを削減することができ、効率的かつ経済的な削孔を行うことが可能となる。

図１は、一実施形態の掘削チップの斜視図である。 図２は、一実施形態の掘削チップの正面図である。 図３は、一実施形態の掘削チップの第１の側面図である。 図４は、一実施形態の掘削チップの第２の側面図である。 図５は、一実施形態の掘削工具の正面図である。 図６は、一実施形態の掘削工具の側面図である。 図７は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の正面図である。 図８は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の第１の側面図である。 図９は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の第２の側面図である。 図１０は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の摩耗状態を示す正面図である。 図１１は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の摩耗状態を示す第１の側面図である。 図１２は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の摩耗状態を示す第２の側面図である。 図１３は、一実施形態の掘削チップの摩耗状態を示す正面図である。 図１４は、一実施形態の掘削チップの摩耗状態を示す第１の側面図である。 図１５は、一実施形態の掘削チップの摩耗状態を示す第２の側面図である。 図１６は、従来構造の掘削チップ（ボタンチップ）の再研磨工程を示す模式図である。 図１７は、一実施形態の掘削チップの再研磨工程を示す模式図である。 図１８は、変形例１の掘削チップの正面図である。 図１９は、変形例２の掘削チップの正面図である。 図２０は、変形例３の掘削チップの側面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
図１～図４は、一実施形態の掘削チップ１０を示すものである。図５および図６は、掘削チップ１０を取り付けた本発明の掘削工具２０を示すものである。

図１～図４には、X－Ｙ－Ｚ座標系を図示する。Ｚ軸は、後述する中心線Ｃに沿って延びる。各図において、掘削チップ１０又はチップ本体１の先端側とは＋Ｚ側であり、基端側とは－Ｚ側である。

以下の説明において、中心線Ｃに沿う方向を、単に「軸方向」と呼ぶ場合がある。軸方向は、Ｚ軸方向と同義である。なお、掘削チップ２１は、後述する掘削工具２０の軸線Ｏに対して傾斜して固定される場合があるため、中心線Ｃの軸方向は、掘削工具２０の軸線Ｏの軸方向とは、必ずしも一致しない。

図５および図６に示すように、掘削チップ１０は、工具本体１１の先端面１２に取り付けられる。掘削チップ１０は、先端側を掘削対象に向けて工具本体１１に装着される。工具本体１１は、軸線Ｏ回りに回転させられるとともに打撃力が与えられる。

図１～４に示すように、掘削チップ１０は、チップ本体１を備える。チップ本体１は、超硬合金等の硬質材料により構成される。チップ本体１は、一体的に形成される基端部２と先端部３とを有する。

基端部２は、中心線Ｃを中心とする円柱状である。基端部２の後端面は、チップ本体１の後端側に向かうに従い縮径する円錐台状に形成されている。

なお、基端部２は、一様な断面形状で一方向に延びる柱状であれば、例えば多角柱および楕円柱などの断面形状が異なる他の柱状であってもよい。基端部が、円形ではない他の断面形状である場合、断面の重心を結ぶ直線が基端部の中心線となる。

先端部３は、基端部２から先端側に突出する。先端部３は、凸曲面状部４と突条部５とを有する。本実施形態の凸曲面状部４は、中心線Ｃ上に中心を有する半球状である。凸曲面状部４は、チップ本体１の先端側に突出する。

なお、本実施形態では、凸曲面状部４が半球状である場合について例示するが、凸曲面状部４の曲面形状は他の凸曲面であってもよい。例えば、凸曲面状部は、楕円球状、砲弾形状などであってもよい。

突条部５は、凸曲面状部４の表面から先端側に突出する。突条部５は、延在方向に直線状に延びる。突条部５の延在方向は、チップ本体１の先端側から見て基端部２の中心線Ｃに対する直径方向に沿う。図１～図４において、延在方向は、Ｙ軸方向に沿う方向である。また、延在方向の一方側は＋Ｙ側であり、他方側は－Ｙ側である。

図４に示すように、突条部５は、延在方向に沿って凸曲面状部４からの突出高さが変化する。ここで、突条部５の突出高さとは、凸曲面状部４の表面から突条部５の先端までの凸曲面状部４の法線方向に沿う高さ寸法を意味する。なお、以下の説明において、突条部５が突出する凸曲面状部４の表面の法線方向を突条部５の突出方向と呼ぶ。すなわち、凸曲面状部４からの突出高さとは、突条部５の突出方向の高さ寸法を意味する。

突条部５は、凸曲面状部４からの突出高さが最も大きい最厚部６を有する。最厚部６は、頂点６ｐを有する。頂点６ｐは、最厚部６の突出方向の先端の点である。本実施形態において、頂点６ｐは中心線Ｃ上に位置する。また、突条部５の突出高さは、頂点６ｐを頂点として延在方向の両端に向かって対称に低くなっている。
なお、最厚部６の頂点６ｐは、必ずしも中心線Ｃ上に配置されている必要はなく、例えば中心線Ｃから延在方向の一端側に偏って配置されていてもよい。

突条部５は、延在方向の両端部において凸曲面状部４からの突出高さが最も小さくなる。突条部５は、延在方向の両端部から最厚部６に向かうに従い凸曲面状部４からの突出高さが徐々に大きくなる。突条部５の延在方向の両端部は、基端部２と先端部３との境界部に位置している。すなわち、本実施形態の突条部５は、先端側から見て先端部３の直径方向の全域に設けられる。なお、突条部５の延在方向の両端部には、基端部２と滑らかに繋がるフィレット部が設けられていてもよい。

図３に示すように、突条部５の表面には、幅方向両側を向く２つの傾斜面５ａと、２つの傾斜面５ａの頂部を繋ぐ頂面５ｂが設けられる。２つの傾斜面５ａと頂面５ｂとの交差稜線部は、凸曲面によって面取りされる。また、２つの傾斜面５ａと凸曲面状部４とが交差する隅角部は凹曲面とされている。

頂面５ｂは、延在方向に沿って帯状に延びる。頂面５ｂは、延在方向から見て、凸曲面状部４の曲率半径と等しい曲率半径の凸曲線状である。なお、頂面５ｂは、延在方向から見て、直線状に形成された面であってもよい。頂面５ｂには、上述した最厚部６の頂点６ｐが配置される。

２つの傾斜面５ａは、凸曲面状部４から突条部５の先端側に向かうに従い互いに近づくように傾斜する。したがって、突条部５は、根元部側に向かうに従い幅寸法が大きくなる。すなわち、突条部５は、延在方向から見て、等脚台形状に突出する。本実施形態の傾斜面５ａは、延在方向から見て、幅方向外側に若干膨らむ凸曲面状とされている。
なお、傾斜面５ａは、延在方向から見て、直線状に形成された面であってもよい。また、傾斜面５ａは、延在方向から見て、径方向内側に凹む凹曲面状とされていてもよい。

図２に示すように、突条部５は、幅寸法が延在方向の一方側（＋Ｙ側）に向かうに従い大きくなる拡幅部７を有する。本実施形態において、拡幅部７は、突条部５の延在方向の全域に設けられる。
なお、本実施形態において、突条部５の幅寸法とは、軸方向から見て、突条部５の延在方向と直交する方向における突条部５の寸法を意味する。幅寸法の基準となる幅方向とは、軸方向から見て、延在方向に垂直な方向である。

拡幅部７は、少なくとも頂面５ｂにおいて、幅寸法が延在方向の一方側に向かうに従い大きくなっていればよい。本実施形態において、突条部５は、根元部側に向かうに従い幅寸法が大きくなる。また、突条部５の突出高さは、中央部から延在方向両側に向かうに従い低くなるため、根元部における突条部５の幅寸法は、延在方向両側に向かうに従い小さくなる。したがって、突条部５の根元部においては、拡幅部７であっても、必ずしも幅寸法が、大きくなるとは限らない。

突条部５の凸曲面状部４に繋がる根元部における幅寸法の最大値Ｗは、基端部２の直径Ｄの１／３以上３／４以下の範囲内とされていることが好ましく、１／３以上１／２以下の範囲内とされていることがより好ましい。なお、本実施形態において、突条部５において根元部の幅寸法が最大となる部分は、中心線Ｃに対して延在方向の一方側（＋Ｙ側）に偏って配置される。

図５および図６に示すように、掘削チップ１０は、軸線Ｏ周りに回転させられる工具本体１１の先端面１２に取り付けられる。複数の掘削チップ１０と工具本体１１とは、掘削工具２０を構成する。すなわち、掘削工具２０は、複数の掘削チップ１０と、これら複数の掘削チップ１０を保持する工具本体１１と、を有する。掘削工具２０は、岩盤等の削孔に使用される。

工具本体１１は、鋼材等の金属材料から構成される。工具本体１１は、軸線Ｏを中心とした多段の円柱状である。工具本体１１の後端部には、図示略のダウンザホールハンマーに取り付けられるシャンク部１３が設けられる。また、工具本体１１の先端部には、シャンク部１３よりも大径のヘッド部１４が設けられる。

ヘッド部１４は、軸線Ｏの軸方向から見て、略円形である。ヘッド部１４は、工具本体１１の先端側を向く先端面１２を有する。先端面１２は、フェイス面１２ａとゲージ面１２ｂとを有する。掘削チップ１０は、フェイス面１２ａとゲージ面１２ｂとの双方に取り付けられる。すなわち、工具本体１１は、先端面１２において掘削チップ１０を保持する。

なお、本実施形態では、掘削チップ１０は、フェイス面１２ａとゲージ面１２ｂとの双方に取り付けられる。しかしながら、掘削チップ１０は、フェイス面１２ａおよびゲージ面１２ｂのうち何れか一方にのみ取り付けられていてもよい。また、ゲージ面１２ｂのみに本実施形態の掘削チップ１０を取り付け、フェイス面１２ａには従来構造の掘削チップ（例えば、ボタンチップ）を取り付けてもよい。

フェイス面１２ａは、工具本体１１の軸線Ｏ周辺の中央部に位置する。フェイス面１２ａは、軸線Ｏの軸方向から見て、軸線Ｏを中心とする略円形である。フェイス面１２ａは、軸線Ｏと直交する円環状の平坦面と、当該平坦面の径方向内側に位置し内周側に向かうに従い工具本体１１の後端側に向かって傾斜するすり鉢状のテーパ面と、を有する。

ゲージ面１２ｂは、軸線Ｏの軸方向から見て、軸線Ｏを中心とする円形である。ゲージ面１２ｂは、フェイス面１２ａの外周に配置される。ゲージ面１２ｂは、軸線Ｏの軸方向から見て、フェイス面１２ａを径方向外側から囲む。ゲージ面１２ｂは、軸線Ｏの径方向外側に向かうに従い工具本体１１の後端側に延びるテーパ面である。

ヘッド部１４のフェイス面１２ａには、複数のブロー孔１６が開口する。ブロー孔１６は、シャンク部１３の後端面から軸線Ｏに沿って延びる。また、フェイス面１２ａには、ブロー孔１６の開口から排出溝１５に繋がる溝部１７が設けられる。

ヘッド部１４の外周面には、軸線Ｏに平行に延びる複数（本実施形態では８つ）の排出溝１５が設けられる。削孔工程により発生した繰り粉は、ブロー孔１６から排気されるブローとともに排出溝１５を介してヘッド部１４の後方に排出される。

フェイス面１２ａおよびゲージ面１２ｂには、断面円形の複数の孔部１２ｈが設けられる。孔部１２ｈは、設けられる場所のフェイス面１２ａおよびゲージ面１２ｂに対して垂直に延びる。掘削チップ１０の基端部２は、孔部１２ｈに焼き嵌めや圧入等のしまり嵌めによって嵌め入れられる。

掘削チップ１０の中心線Ｃは、フェイス面１２ａおよびゲージ面１２ｂに垂直に配置される。掘削チップ１０は、先端部３を先端面１２（フェイス面１２ａおよびゲージ面１２ｂ）から突出させて取り付けられる。

掘削チップ１０は、突条部５の延在方向を工具本体１１の軸線Ｏに対する径方向に一致させるように取り付けられる。すなわち、掘削工具２０に装着された掘削チップ１０において、突条部５の延在方向は先端側から見て軸線Ｏに対する径方向に延びる。このとき、突条部５の拡幅部７において幅寸法が大きくなる延在方向の一方側は、軸線Ｏの径方向外側に配置される。

なお、取り付け時の組み付け誤差に起因する範囲で、掘削チップ１０の突条部５の延在方向は、軸線Ｏの径方向に対して若干のずれが許容される。より具体的には、突条部５の延在方向は、軸線Ｏの径方向に対して±１０°の範囲であればずれていても、十分な効果を得ることができる。

掘削工具２０は、ダウンザホールハンマーに図示略の掘削ロッドを介して連結される回転駆動装置によって軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転させられる。さらに、掘削工具２０は、ダウンザホールハンマーから軸線Ｏ方向先端側に打撃力が与えられる。これにより、掘削工具２０は、工具本体１１の先端面１２に取り付けられた掘削チップ１０によって岩盤を破砕して削孔を行う。

図７～図９は、従来構造の掘削チップ２１であるボタンチップを工具本体２２に取り付けた状態を示す。また、図１０～図１２は、従来構造の掘削チップ２１の摩耗の進行を具体的に示す。図１０～図１２において、摩耗が進行する部分を網掛けで強調して図示する。

図１０～図１２に示すように、従来構造の掘削チップ２１では、削孔工程を行うと、工具本体２２の軸線に対する径方向において、先端部の摩耗が帯状に進行する。摩耗が帯状に進行することで、掘削チップ２１は、掘削対象に対する接触部分が平坦となり、掘削対象に局所的な衝撃力を加えることができなくなる。結果的に、従来構造の掘削チップ２１では、削孔効率が低下するという問題があった。

なお、図１２に示すように、掘削チップ２１の摩耗は、掘削チップ１０の中心線Ｃに対し、掘削工具２０の軸線Ｏから離れた領域で最も大きくなる。このため、掘削チップ２１の摩耗量は、中心線Ｃに対して対称ではない。これは、軸線Ｏから遠い領域では、軸線Ｏ回りの工具本体１１の回転による転動距離が長くなり、掘削対象との接触によって摩耗し易くなるためである。

図１３～図１５は、本実施形態の掘削チップ１０を工具本体１１に取り付けた状態を示す。なお、図１３～図１５において、摩耗の進行を網掛けで強調して図示する。

本実施形態の掘削チップ１０の先端部３には、掘削工具２０の軸線Ｏに対する径方向を延在方向とする突条部５が設けられる。すなわち、掘削チップ１０は、削孔工程において、摩耗が進行し易い領域が、予め肉厚に形成されている。これにより、摩耗が進んでも突条部５のみが掘削対象に接触し、掘削対象に局所的な衝撃を与えることができ、削孔効率の低下を抑制できる。すなわち、本実施形態によれば、掘削チップ１０の寿命を延長することができる。

また、複数の掘削チップ１０のうちゲージ面１２ｂに取り付けられたものは、掘削工具２０の軸線Ｏ回りの回転による転動距離が長く、また掘削対象との接触によって摩耗する部分が多い。このような帯状の摩耗は一層顕著となるが、そのようなゲージ面１２ｂに取り付けられた掘削チップ１０においても寿命を延長することができる。

上述したように、本実施形態の掘削チップ１０によれば、突条部５は、拡幅部７において、延在方向の一方側（＋Ｙ側）に向かうに従い幅寸法が大きくなる。また、図１５に示すように、掘削チップ１０は、拡幅部７において幅寸法が大きくなる延在方向の一方側を、工具本体１１の軸線Ｏの径方向外側に配置させるように工具本体１１に取り付けられる。

図１２を基に説明したように、掘削チップ１０は、軸線Ｏの径方向外側に偏って顕著に摩耗する。本実施形態によれば、突条部５は、摩耗の進行が進みやすい工具本体１１の軸線Ｏに対する径方向外側において幅寸法が大きくなり、当該領域において突条部５の摩耗が局所的に進行することを抑制することができる。結果的に、掘削チップ１０を長期間使用する場合であっても突条部５の形状を維持することができ削孔効率の低下を抑制できる。また、本実施形態によれば、チップ本体１の寿命をさらに延長することができる。

本実施形態によれば、拡幅部７は、突条部５の延在方向の全域に設けられる。このため、突条部５の延在方向の全域において摩耗量に合わせて幅寸法を調整することができる。これにより、突条部５の延在方向の全域の摩耗量を適切に制御できる。

本実施形態によれば、突条部５は、延在方向の両端部において凸曲面状部４からの突出高さが最も小さくなる。また、突条部５は、延在方向の両端部から中心線Ｃ上に位置する最厚部６に向かうに従い凸曲面状部４からの突出高さが徐々に大きくなる。すなわち、突条部５は、最厚部６から延在方向の両端部側に向かうに従って突出高さが徐々に小さくなる。

突条部５は、最厚部６から延在方向の両端部側に向かうに従い摩耗量が徐々に小さくなるため、摩耗量に合わせて突出高さが適切に確保される。これにより、掘削チップ１０は、突条部５の摩耗が進んだ場合であっても先端形状を維持することが可能となり、削孔効率の低下を抑制できる。また、本実施形態では、最厚部６が中心線上に位置するため、突条部５の延在方向の中央部の強度も確保することができるとともに、この突条部５の中央部が摩耗した場合に中央部の再研磨加工を行う場合でも再研磨代を大きく確保することができる。

なお、突条部の最厚部の頂点は、中心線Ｃから延在方向の一端側に偏って配置されていてもよい。この場合、頂点が偏って配置される延在方向の一端側を、軸線Ｏの径方向外側に配置させることが好ましい。この場合、摩耗が進行し易い領域を予め肉厚に形成することとなるため、摩耗が進行しても突条部５の形状を維持でき、摩耗が進んでも削孔効率の低下を抑制できる。

本実施形態によれば、突条部５の２つの傾斜面５ａは、突条部５の幅方向両側をそれぞれ向き凸曲面状部４から先端側に向かうに従い互いに近づくように傾斜する。したがって、突条部５の幅寸法は、凸曲面状部４の表面から突出方向の先端側に向かうに従い徐々に小さくなる。これによっても、突条部５の強度を確保することができるとともに、再研磨代を大きく確保することができ、より一層効率的かつ経済的である。

本実施形態によれば、突条部５の延在方向の両端部は、基端部２と先端部３との境界部に位置している。すなわち、突条部５は、先端部３の直径方向の全域に形成される。このため、突条部５が先端部３の直径方向の全域に対し部分的に設けられる場合と比較して、チップ本体１の先端部３の摩耗を一層確実に抑制することが可能となる。

本実施形態において、突条部５の凸曲面状部４に繋がる根元部における幅寸法の最大値Ｗは、基端部２の直径Ｄの１／３以上３／４以下の範囲内であることが好ましい。幅寸法の最大値Ｗが、基端部２の直径Ｄの１／３を下回ると、突条部５の頂面５ｂの幅も小さくなって先端部３の摩耗を確実に抑制することができなくなるおそれがある。一方で、幅寸法の最大値Ｗが、基端部２の直径Ｄの３／４を上回ると、頂面５ｂの幅も大きくなりすぎるので、岩盤との接触による抵抗の増大を招くおそれがある。したがって、最大値Ｗを直径Ｄの１／３以上３／４以下の範囲内とすることで、突条部５の摩耗を抑制しつつ、掘削時の抵抗を軽減できる。さらに、最大値Ｗを直径Ｄの１／３以上１／２以下の範囲内とすることで、この効果をより顕著に得ることができる。

本実施形態において、凸曲面状部４は、中心線Ｃ上に中心を有する半球状である。このため、凸曲面状部４をボタンチップのような半球状とすることで、突条部５が摩滅してもチップ本体１の先端部３の摩耗を抑制できる。

本実施形態において、最厚部６における突条部５の凸曲面状部４からの突出高さが、基端部２の直径の９／１００以上３０／１００以下の範囲内とされていることが好ましい。最厚部６の突出高さを基端部２の直径の９／１００以上とすることで、突条部５の摩耗が進んだ場合であっても十分に長く掘削チップ１０を使用することができる。一方で、最厚部６の突出高さを基端部の直径の３０／１００以下とすることで、最厚部６の剛性を十分に確保して削孔効率を十分に高めることができる。

本実施形態において、突条部５は、多結晶ダイヤモンド焼結体によって形成されていてもよい。本実施形態の掘削チップ１０では、チップ本体１の先端部３の摩耗が突条部５に限定される。したがって、突条部５を、通常のチップ本体１の材質に用いられる超硬合金よりも高硬度の多結晶ダイヤモンド焼結体によって形成することにより、チップ本体１の摩耗をさらに抑えて寿命を延長することができる。また、一般的な多結晶ダイヤモンド焼結体を用いた掘削チップのように、超硬合金よりなるチップ本体の先端部の全体を多結晶ダイヤモンド焼結体によって被覆する場合に比べ、経済的でもある。

また、一般的な多結晶ダイヤモンド焼結体を用いた掘削チップでは、超硬合金よりなるチップ本体の先端部の表面全体を多結晶ダイヤモンド焼結体によって被覆している。この場合には、多結晶ダイヤモンド焼結体の被覆層の厚さによっては、多量の多結晶ダイヤモンド焼結体を要することがある。これに比べて、本実施形態に示すように、多結晶ダイヤモンド焼結体を突条部５のみに形成する場合、多結晶ダイヤモンド焼結体の使用量を抑制することができるので、経済的でもある。

図１６および図１７は、掘削チップの再研磨工程を示す模式図である。図１６は、従来構造の掘削チップ２１であるボタンチップの再研磨工程を示し、図１７は、本実施形態の掘削チップ１０の再研磨工程を示す。

カップ形砥石２４は、凹球面状のダイヤモンド砥粒層２３を有する。図１６および図１７に示すように、再研磨工程は、カップ形砥石２４の凹球面状のダイヤモンド砥粒層２３内に研磨対象の掘削チップを収容し回転させることで行われる。

従来構造の掘削チップ２１は、摩耗が帯状に進む。このため、従来構造の掘削チップ２１の再研磨では、先端部の形状を整えるために先端部の全体を研磨しなければならず、再研磨加工に要するコストや時間の増大を招くことになる。

これに対して本実施形態の掘削チップ１０は、突条部５が集中して摩耗が進んでいる。また突条部５は、先端部３において突条部５が突出している。図１７に示すように、本実施形態の掘削チップ１０の再研磨工程では、突条部５のみがダイヤモンド砥粒層２３に接触して研磨され、先端部３の全体を再研磨加工する必要がない。このため、再研磨に要するコストや時間を削減することができるとともに、カップ形砥石２４の消耗も最小限に抑えることが可能となるので、効率的かつ経済的な再研磨を行うことができる。

なお、掘削チップ１０を再研磨するカップ形砥石２４の内側面の形状は、最厚部６を研磨することに適した形状とすることが好ましい。これにより、再研磨後の掘削チップ１０においても、突条部５が、中心線Ｃから延在方向の一端側に偏って配置された構成を実現できる。

（変形例）
拡幅部７は、必ずしも突条部５の延在方向全域に設けられていなくてもよい。このような場合について、変形例１、２として図１８、１９を基に説明する。
なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

図１８は、変形例１の掘削チップ１１０の正面図である。
本変形例の突条部１０５は、拡幅部１０７と一定幅部１０８と、を有する。拡幅部１０７と一定幅部１０８と延在方向に沿って並ぶ。一定幅部１０８は、拡幅部１０７より延在方向の他方側（－Ｙ側）に位置する。本変形において、拡幅部１０７と一定幅部１０８との境界部は、中心線Ｃ上に位置する。

上述の実施形態と同様に、拡幅部１０７は、幅寸法が延在方向の一方側（＋Ｙ側）に向かうに従い大きくなる。一方で、一定幅部１０８は、延在方向に沿って幅寸法が一様である。本変形例によれば、突条部１０５の延在方向において摩耗量が特に大きくなる延在方向の他方側（－Ｙ側）のみに拡幅部１０７を配置する。これにより、突条部１０５の延在方向の他方側の摩耗量を適切に制御できる。

図１９は、変形例２の掘削チップ２１０の正面図である。
本変形例の突条部２０５は、拡幅部２０７と、第１の一定幅部２０８と、第２の一定幅部２０９と、を有する。第１の一定幅部２０８と、拡幅部２０７と、第２の一定幅部２０９とは、延在方向の一方側に向かってこの順で並ぶ。本変形において、拡幅部２０７は、中心線Ｃ上に位置する。

上述の実施形態と同様に、拡幅部２０７は、幅寸法が延在方向の一方側（＋Ｙ側）に向かうに従い急激に大きくなる。一方で、第１の一定幅部２０８および第２の一定幅部２０９は、延在方向に沿って幅寸法が一様である。第２の一定幅部２０９の幅寸法は、第１の一定幅部２０８の幅寸法より大きい。本変形例によれば、突条部２０５の延在方向において摩耗量が特に大きくなる延在方向の他方側（－Ｙ側）の幅寸法を大きくする。これにより、突条部２０５の延在方向の他方側の摩耗量を適切に制御できる。

図２０は、本実施形態に採用可能な、変形例３の掘削チップ３１０の側面図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

上述の実施形態と同様に、本変形例の掘削チップ３１０の先端部３０３は、凸曲面状部３０４と突条部３０５とを有する。また、突条部３０５は、凸曲面状部３０４からの突出高さが最も大きい最厚部３０６を有する。加えて、突条部３０５は、幅寸法が延在方向の一方側に向かうに従い大きくなる拡幅部７を有する。

本変形例の、凸曲面状部３０４は、中心線Ｃ上に中心を有する砲弾形状である。突条部３０５に拡幅部７が設けられる掘削チップ３１０は、掘削対象との接触面が増加することで突条部３０５の摩耗が抑制される一方で、接触面の増加に伴い掘削効率が低下する虞がある。本実施形態によれば、凸曲面状部３０４を砲弾形状とすることで、半球形状の場合と比較して、掘削チップ３１０による掘削効率を高めることができる。すなわちこの構成によれば、拡幅部７を設けることのデメリットである掘削効率の低下を、凸曲面状部３０４を砲弾形状によって補い、掘削効率と寿命のバランスがよい掘削チップを提供できる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…チップ本体
２…基端部
３，３０３…先端部
４，３０４…凸曲面状部
５，１０５，２０５，３０５…突条部
５ａ…傾斜面
５ｂ…頂面
６，３０６…最厚部
７，１０７，２０７…拡幅部
１０，２１，１１０，２１０，３１０…掘削チップ
１１，２２…工具本体
１２…先端面３０４
２０…掘削工具
１０８、２０８、２０９…一定幅部
Ｃ…中心線
Ｄ…直径
Ｏ…軸線
Ｗ…最大値

Claims (12)

1. 軸線回りに回転させられるとともに打撃力が与えられる工具本体の先端面に取り付けられる掘削チップであって、
   柱状の基端部と前記基端部から先端側に突出する先端部とが一体に形成されたチップ本体を備え、
   前記先端部は、
   前記チップ本体の先端側に突出する凸曲面状部と、
   前記チップ本体の先端側から見て前記基端部の中心線に対する直径方向に沿う延在方向に延びて前記凸曲面状部の表面から先端側に突出する突条部と、を有し、
   前記突条部は、幅寸法が前記延在方向の一方側に向かうに従い大きくなる拡幅部を有する、
   掘削チップ。
2. 前記拡幅部は、前記突条部の前記延在方向の全域に設けられる、
   請求項１に記載の掘削チップ。
3. 前記突条部は、前記拡幅部より前記延在方向の他方側に位置する一定幅部を有し、
   前記一定幅部は、前記延在方向に沿って幅寸法が一様である、
   請求項１に記載の掘削チップ。
4. 前記突条部は、
   前記突条部の幅方向両側をそれぞれ向き前記凸曲面状部から先端側に向かうに従い互いに近づくように傾斜する２つの傾斜面と、
   ２つの前記傾斜面の頂部を繋ぎ前記延在方向に沿って帯状に延びる頂面と、を有する、
   請求項１～３の何れか一項に記載の掘削チップ。
5. 前記突条部は、前記凸曲面状部からの突出高さが最も大きい最厚部を有し、
   前記突条部は、前記延在方向の両端部において前記凸曲面状部からの突出高さが最も小さくなり、前記延在方向の両端部から前記最厚部に向かうに従い前記凸曲面状部からの突出高さが徐々に大きくなる、
   請求項１～４の何れか一項に記載の掘削チップ。
6. 前記最厚部における前記突条部の前記凸曲面状部からの突出高さが、前記基端部の直径の９／１００以上３０／１００以下の範囲内とされている、
   請求項５に記載の掘削チップ。
7. 前記突条部の前記延在方向の両端部は、前記基端部と前記先端部との境界部に位置している、
   請求項１～６の何れか一項に記載の掘削チップ。
8. 前記突条部の根元部の幅寸法の最大値は、前記基端部の直径Ｄの１／３以上３／４以下の範囲内である、
   請求項１～７の何れか一項に記載の掘削チップ。
9. 前記凸曲面状部は、前記中心線上に中心を有する半球状である、
   請求項１～８の何れか一項に記載の掘削チップ。
10. 前記凸曲面状部は、前記中心線上に中心を有する砲弾形状である、
    請求項１～８の何れか一項に記載の掘削チップ。
11. 前記突条部は、多結晶ダイヤモンド焼結体によって形成されている、
    請求項１～１０の何れか一項に記載の掘削チップ。
12. 請求項１～１１の何れか一項に記載の掘削チップと、
    先端面において前記掘削チップを保持し、軸線回りに回転させられる工具本体と、を備え、
    前記掘削チップは、前記先端部を前記先端面から突出させるとともに、前記突条部の前記延在方向を、前記工具本体の軸線に対する径方向に一致させるとともに、前記拡幅部において幅寸法が大きくなる前記延在方向の一方側を前記軸線の径方向外側に配置する、
    掘削工具。

Images