JP3211131U - 掘削用ビット - Google Patents

Abstract

【課題】刃先チップの摩耗、磨滅、破損を抑制し、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる掘削用ビットを提供する。【解決手段】掘削用ビット１０は、ビット本体１２と、刃先２４が形成され、刃先２４が露出するようにビット本体１２に取り付けられた複数の刃先チップ２０と、刃先チップ２０のうち少なくとも１つを後退可能に保持し、後退した刃先チップ２０を元に戻る方向に付勢するばね部材３０を含むばね機構とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、掘削用ビットに関し、詳しくは、刃先チップが取り付けられた掘削用ビットに関する。

坑井等を掘削していくためのツールである掘削用ビットは、掘削装置に装着され、ビット本体の先端部が地層や岩盤に押し当てられる。岩盤等を破壊するため、ビット本体の先端部には、硬度が高いダイヤモンド等の焼結体の刃先を有する刃先チップが取り付けられている。

例えば特許文献１には、図９に示す掘削用ビットが開示されている。図９（ａ）は、掘削用ビットのビット本体１の先端部３を軸線Ｏ方向から見た正面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＺＯＺ断面図である。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、掘削用ビットのビット本体１の先端部３に、刃先チップ５が取り付けられている。刃先チップ５は、網掛けを付して図示されている。刃先チップ５は、ビット本体１の埋め込み穴８に、中心軸Ｃ回りに回転自在に配置され、かつ中心軸Ｃ方向先端側に向けて抜け止めされている。刃先チップ５は、回転することによって、固定されている場合と比べて刃先の片減りを抑制することができる。

また、例えば特許文献１には、図１０の断面図に示すように、埋め込み穴８の穴底面８Ｇに、緩衝材２を介装することが開示されている。緩衝材２は、回転可能な刃先チップ５よりは勿論、埋め込み穴８が形成されたビット本体１を構成する鋼材などよりも軟質の、例えば銅板などにより形成される。緩衝材２は、掘削時の打撃力や推力の反力としての負荷が、回転可能な刃先チップ５Ａからビット本体１に直接作用するのを避け、ビット本体１の破損が生じるのを防ぐ。

すなわち、緩衝材２は、刃先チップとビット本体との片当たりを防ぎ、ビット本体への荷重伝達面を拡大し、ビット本体において応力集中を抑制することによって、ビット本体の破損を防ぐ。しかしながら、刃先チップの刃先に作用する荷重自体は、緩衝材２を用いても緩和されない。

特開２０１３−１３６９３７号公報

刃先チップは、刃先に作用する荷重が大きいほど、刃先が摩耗したり、摩滅したりしやすい。また、刃先に過大な荷重が作用すると、刃先が破損する。刃先チップの刃先が摩耗したり、磨滅したり、破損したりすると、掘削能力が低下するため、掘削装置に装着された掘削用ビットは交換される。掘削用ビットの交換中は掘削作業ができないため、掘削用ビットの交換時期を延ばすことが望まれている。

また、掘削スピードを上げ、できるだけ短時間で出来るだけ深く掘り進むことが望まれている。

本発明は、かかる実情に鑑み、刃先チップの刃先の摩耗、磨滅、破損を抑制し、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる掘削用ビットを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した掘削用ビットを提供する。

掘削用ビットは、（ａ）ビット本体と、（ｂ）刃先が形成され、前記刃先が露出するように前記ビット本体に取り付けられた複数の刃先チップと、（ｃ）前記刃先チップのうち少なくとも１つを後退可能に保持し、後退した前記刃先チップを元に戻る方向に付勢するばね部材を含むばね機構とを備える。

上記構成によれば、ばね機構に保持された刃先チップが後退すると、掘削中に掘削用ビットの個々の刃先チップに配分される荷重が変化し、ばね機構に保持された刃先チップの刃先に作用する荷重が緩和され、刃先の摩耗、磨滅が抑制される。また、ばね機構に保持された刃先チップの刃先に衝撃荷重が作用しても、ばね部材によって衝撃を吸収することができるため、刃先の破損が抑制される。ばね機構に保持された刃先チップは、刃先に作用する荷重が緩和、吸収され、刃先の摩耗、磨滅、破損が抑制されるので、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができる共に、掘削スピードを上げることができる。

好ましい一態様において、前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、円筒状のチップ本体を有し、前記チップ本体の軸方向一方端側に前記刃先が形成されている。前記ばね機構は、前記ビット本体に形成された、底面又は段面を有する円筒状のチップ収容穴を含み、前記チップ収容穴に、前記チップ本体の軸方向他端側が同軸かつ軸方向移動可能かつ回転可能に収容される。前記ばね部材は、前記チップ収容穴の前記底面又は前記段面と、前記チップ収容穴に収容された前記チップ本体の前記軸方向他端側との間に介装され、前記底面又は前記段面に向かう前記チップ本体の移動によって縮む皿ばねである。

この場合、ばね機構に保持された刃先チップは、皿ばねを押圧した状態でも、刃先に作用する荷重が緩和される方向に回転可能であるため、刃先チップに作用する荷重をより緩和し、掘削用ビットの交換時期をより延ばすことができる。また、掘削スピードを上げることによって負荷が増大しても、刃先チップに作用する荷重がより緩和されるので、掘削スピードをより上げることができる。

好ましくは、前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、前記チップ本体の軸方向中間位置に、周方向に延在するチップ溝が形成されている。前記ばね機構は、（ａ）前記ビット本体に形成され、前記チップ収容穴の軸方向中間位置において前記チップ収容穴に沿って周方向に延在し、前記ばね機構に保持された前記刃先チップの前記チップ溝が対向するビット溝と、（ｂ）前記チップ収容穴の内径より大きい外径と、前記チップ収容穴の内径より小さい内径とを有し、互いに対向する前記チップ溝と前記ビット溝とに係合して前記ばね機構に保持された前記刃先チップの軸方向移動範囲を規制する、Ｃ字状の止め部材とを、さらに含む。

この場合、簡単な構成によって、チップ収容穴から刃先チップが抜け出ることがないようすることができる。また、刃先チップによって皿ばねが圧縮される状態で刃先チップをビット本体に取り付け、刃先チップの刃先に所定以上の荷重が作用したら刃先チップが後退するように構成することもできる。

好ましくは、前記チップ本体の前記軸方向他端側に、外径が自然状態の前記止め部材の前記内径より小さい部分を含む円錐状の端部が形成されている。

この場合、刃先チップの端部を止め部材の穴に挿入し、止め部材を刃先チップのチップ溝に達するまで、止め部材の内径を広げながら移動させることによって、止め部材を刃先チップのチップ溝に容易に係合させることができる。

好ましくは、自然状態の前記止め部材の前記内径は、前記チップ溝の底面の外径より大きい。前記ビット本体は、前記底面又は前記段面とは反対側の前記チップ収容穴の端部に沿って円錐状のテーパ面が形成されている。前記テーパ面の最大内径は、自然状態の前記止め部材の前記外径より大きい。

この場合、チップ溝に遊びがある状態で止め部材が係合された刃先チップのチップ本体の軸方向他端側を、チップ収容穴に挿入し、チップ本体をチップ収容穴の底面又は段面に向かって移動させ、止め部材の外径をテーパ面によって小さくして、止め部材をチップ収容穴に入れ、ビット溝に達するまで、止め部材の外径を縮めながら移動させることによって、止め部材をビット溝に簡単に係合させることができる。

また、本発明は、以下のように構成した掘削ビット用刃先チップを提供する。

掘削ビット用刃先チップは、（ａ）円筒状のチップ本体と、（ｂ）前記チップ本体の軸方向一端側に形成された刃先と、（ｃ）前記チップ本体の軸方向中間位置に形成され、周方向に延在するチップ溝とを備える。

上記構成の掘削ビット用刃先チップは、刃先の摩耗、磨滅、破損が抑制されるように、ビット本体に取り付けることができる。

本発明によれば、刃先チップの刃先の摩耗、磨滅、破損を抑制し、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。

図１は掘削用ビットの要部断面図である。（実施例１） 図２は掘削用ビットの要部分解図である。（実施例１） 図３は止め部材の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。（実施例１） 図４は皿ばねの（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。（実施例１） 図５は刃先チップに止め部材を取り付ける手順を示す説明図である。（実施例１） 図６は刃先チップをビット本体に取り付ける手順を示す説明図である。（実施例１） 図７は皿ばねの縮み量と切削荷重との関係を示すグラフである。（実施例１） 図８は掘削用ビットの要部断面図である。（実施例１の変形例１） 図９は（ａ）正面図、（ｂ）断面図である。（従来例１） 図１０は断面図である。（従来例２）

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の掘削用ビット１０について、図１〜図８を参照しながら説明する。

図１は、掘削用ビット１０の要部断面図である。図２は、掘削用ビット１０の要部分解図である。図１及び図２に示すように、掘削用ビット１０は、ビット本体１２の先端部に少なくとも１個の刃先チップ２０が取り付けられている。ビット本体１２の先端部には、刃先が形成された複数個の刃先チップが、刃先が露出するように取り付けられており、その全てが刃先チップ２０と同じものであっても、刃先チップ２０以外の刃先チップを含んでいても構わない。刃先チップ２０以外の刃先チップは、ろう付けなどによってビット本体１２に固定されても構わない。

ビット本体１２には、円形の底面１４ａと円筒状の内周面１４ｂとを有するチップ収容穴１４が形成されている。チップ収容穴１４の内周面１４ｂの軸方向（図１及び図２では上下方向）の中間位置に、周方向に延在するビット溝１６が形成されている。

また、ビット本体１２には、底面１４ａとは反対側のチップ収容穴１４の端部に沿って、円錐状のテーパ面１５が形成されている。

刃先チップ２０は、円筒状のチップ本体２２の軸方向（図１では上下方向）の一端側に、刃先２４が形成されている。チップ本体２２の軸方向他端側には、円錐状の端部２６が形成されている。チップ本体２２の外周面２２ｓの軸方向中間位置には、周方向に延在するチップ溝２３が形成されている。チップ本体２２の軸方向他端の端面２１は、後述する皿ばね３０に接触したときに刃先チップが回転しやすくいように、研磨しておくことが好ましい。刃先チップ２０は、例えば、ダイヤモンドやＣＢＮなどの極めて固い材料を焼結することにより、作製することができる。

刃先チップ２０のチップ本体２２の外径は、チップ収容穴１４の内径より多少小さい。チップ収容穴１４には、刃先チップ２０の刃先２４がチップ本体２２から突出して露出するように、刃先チップ２０のチップ本体２２の軸方向他端側が、チップ収容穴１４と同軸に収容されている。刃先チップ２０は、チップ収容穴１４の内周面１４ｂに沿って軸方向に移動可能であり、かつ軸まわりの回転が可能である。

刃先チップ２０は、チップ溝２３がビット溝１６に対向するように、チップ収容穴１４に収容される。刃先チップ２０は、ビット溝１６とチップ溝２３との両方に係合する止め部材２８によって、軸方向の移動範囲が規制され、チップ収容穴１４から抜け出ないようになっている。

図３（ａ）は、止め部材２８の平面図である。図３（ｂ）は、止め部材２８の側面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、止め部材２８はＣ字状に形成され、弾性変形すると外径が拡大、縮小する。詳しくは、止め部材２８は、同心円状の外周２８ａと内周２８ｂとを有し、内周２８ｂの内側に穴２８ｘが形成されている。周方向の１箇所には切欠き２８ｃが形成され、切欠き２８ｃにおいて外周２８ａと内周２８ｂの間が連通している。

自然状態の止め部材２８の外径は、チップ収容穴１４の内径より大きく、ビット溝１６の溝底面１６ｓ（図２参照）の外径と同程度である。また、自然状態の止め部材２８の外径は、ビット本体１２のテーパ面１５の最大内径より小さい。自然状態の止め部材２８の内径は、刃先チップ２０の外径より小さく、刃先チップ２０のチップ溝２３の溝底面２３ｓ（図２参照）の外径より大きい。

チップ収容穴１４の底面１４ａには、ばね部材である皿ばね３０が配置される。図４（ａ）は、皿ばね３０の平面図である。図４（ｂ）は、皿ばね３０の側面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、皿ばね３０は、同心の外周３０ａと内周３０ｂとを有する輪状部分が円錐状に傾斜した形状を有し、外周３０ａと内周３０ｂとの間の距離（高さ）が変化する。

図１及び図２に示すように、皿ばね３０は、刃先チップ２０の端面２１とチップ収容穴１４の底面１４ａとの間に介装され、刃先チップ２０がチップ収容穴１４の底面１４ａに向かって移動すると、刃先チップ２０の端面２１に押圧されて縮む。皿ばね３０は、初期状態において、チップ収容穴１４に収容された刃先チップ２０の端面２１と接していても、離れていてもよい。

図１及び図２には、皿ばね３０の内周３０ｂ側が刃先チップ２０の端面２１に対向する場合を例示しているが、皿ばね３０の上下を反転して、皿ばね３０の外周３０ａ側を刃先チップ２０の端面２１に対向させてもよい。

刃先チップ２０の端面２１とチップ収容穴１４の底面１４ａとの間に介装される皿ばね３０は１枚でも、複数枚でも構わない。複数枚の皿ばね３０を用いる場合、各皿ばね３０の向きは任意である。例えば、同じ向きに揃えて配置すると、皿ばね全体の高さを最小にすることができ、向きを交互に変えて配置すると、皿ばね全体の高さを最大にすることができる。複数枚の皿ばねを介装する場合、寸法、形状、ばね特性等が同じ皿ばねを用いても、異なる皿ばねを用いても構わない。

刃先チップ２０の外径と皿ばね３０の外径とが略等しい場合を例示したが、これに限るものではない。例えば、刃先チップ２０の外径に対して、皿ばね３０の外径を、よりも小さくしても、よりも大きくしてもよい。前者の場合、皿ばね３０が収容される部分の穴径を、刃先チップ２０が収容される部分の穴径よりも小さくすることができる。後者の場合、皿ばね３０が収容される部分の穴径より、刃先チップ２０が収容される部分の穴径よりを大きくする。

刃先チップ２０の端面２１に皿ばね３０が直接接触する場合を例示したが、刃先チップ２０と皿ばね３０との間に、座金等の部材が介在し、刃先チップ２０がチップ収容穴１４の底面１４ａに向かって移動すると皿ばね３０が縮む構成とすることも可能である。

止め部材２８、ビット溝１６、チップ溝２３は、刃先チップ２０がチップ収容穴１４の底面１４ａに向かって移動し皿ばね３０を縮めても、ビット溝１６とチップ溝２３の両方に止め部材２８が係合する状態が保たれるように構成する。

次に、ビット本体１２に刃先チップ２０を取り付ける手順について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、刃先チップ２０に止め部材２８を取り付ける手順を示す説明図である。図６は、止め部材２８が取り付けられた刃先チップ２０をビット本体１２に取り付ける手順を示す説明図である。

まず、図５（ａ）に示すように、刃先チップ２０の刃先２４とは反対側の円錐状の端部２６を、止め部材２８の穴２８ｘに挿入する。次いで、図５（ｂ）に示すように、治具８０を用いて止め部材２８を押し込むことによって、止め部材２８を広げながら移動させる。そして、図５（ｃ）に示すように、止め部材２８が刃先チップ２０のチップ溝２３に達すると、止め部材２８は刃先チップ２０のチップ溝２３に係合する。

次いで、図６（ａ）に示すように、ビット本体１２のチップ収容穴１４の底面１４ａに皿ばね３０を配置した状態で、止め部材２８が取り付けれた刃先チップ２０の端部２６側を、ビット本体１２のチップ収容穴１４に挿入し、チップ収容穴１４の底面１４ａに向けて押し込む。このとき、止め部材２８の外周２８ａがビット本体１２の円錐状のテーパ面１５に当接することによって止め部材２８の外径が小さくされ、図６（ｂ）に示すように、止め部材２８はチップ収容穴１４に入り、チップ収容穴１４内を移動する。そして、図６（ｃ）に示すように、刃先チップ２０のチップ溝２３がチップ収容穴１４のビット溝１６に対向する位置に達すると、止め部材２８の外径が大きくなり、止め部材２８はビット溝１６に係合する。これによって、止め部材２８は、ビット溝１６とチップ溝２３の両方に係合する状態となり、刃先チップ２０の取り付けが完了する。

掘削用ビット１０は、掘削装置の装着されて、掘削装置によって回転駆動されたり移動させられたりする。このとき、掘削用ビットに取り付けられている刃先チップは、地層や岩盤に押し当てられ、地層や岩盤を破壊しながら、例えば螺旋状に移動し、刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重の大きさや向きが複雑に変動する。

刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重によって刃先チップ２０がビット本体１２側に後退すると、皿ばね３０が変形する。これによって、掘削中に掘削用ビット１０の個々の刃先チップに配分される荷重が変化し、刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重が緩和され、刃先２４の摩耗、磨滅が抑制される。また、刃先チップ２０の刃先２４に衝撃荷重が作用しても、皿ばね３０によって衝撃を吸収することができるため、刃先２４の破損が抑制される。刃先チップ２０は、刃先２４作用する荷重が緩和、吸収され、刃先２４の摩耗、磨滅、破損が抑制される。その結果、掘削用ビット１０の交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。

刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重が減少すると、皿ばね３０の付勢によって、刃先チップ２０はビット本体１２から突出する方向に押し戻される。そのため、刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重を、繰り返し緩和、吸収することができる。

刃先チップ２０は、皿ばね３０を押圧した状態でも、刃先２４に作用する荷重が緩和される方向に回転可能である。刃先チップ２０の回転によって、刃先チップ２０に作用する荷重をより緩和し、掘削用ビット１０の交換時期をさらに延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。

刃先チップ２０の刃先２４に荷重が作用する位置と、刃先チップ２０と皿ばね３０との接触位置とが径方向に離れているほど、刃先チップ２０は回転しやすい。刃先チップ２０は、刃先２４の外周付近に大きな荷重が作用する。図１に示したように皿ばね３０の内周３０ｂ側が刃先チップ２０の端面２１に接する場合、皿ばね３０の外周３０ａ側が刃先チップ２０の端面２１に接する場合よりも、刃先チップ２０は刃先２４に作用する荷重によって回転しやすいため、掘削用ビット１０の交換時期をより延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。

図７は、皿ばね３０の縮み量と、刃先チップ２０の刃先２４に作用する掘削荷重（刃先チップ２０の軸方向の荷重）との関係を概念的に示すグラフである。皿ばね３０に初期縮みを与えた場合を示している。皿ばね３０をばね鋼等で作製すると、大荷重が作用して略平らに押しつぶされても復元可能であり、図７に示すように、収縮代を超えても、ある程度のばね性を確保できる。そのため、皿ばね３０は、刃先チップ２０を保持するばね機構のばね部材として、好適である。

＜変形例１＞ 図８は、変形例１の掘削用ビット１０ｋの要部断面図である。図８に示すように、掘削用ビット１０ｋは、実施例１の掘削用ビット１０と略同様に構成されている。以下では、同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。

刃先チップ２０ｋは、刃先２４ｋが半球状の形状を有している。この刃先２４ｋは、実施例１の円筒形状の刃先２４と比較すると、エッジが少ないため欠けにくく、衝撃荷重に対する耐性が高いため、例えばロータリーコーン型のビットに好適である。

また、刃先チップ２０ｋのチップ溝２３に、刃先２４ｋ側から止め部材２８を嵌めることが可能である。

また、チップ収容穴１４ｋは、リング状の段面１４ｃを有し、段面１４ｃと刃先チップ２０ｋの端面２１との間に皿ばね３０が介装されている。段面１４ｃに連通する穴１７は、刃先チップ２０ｋを押し出すためなどに利用可能である。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、皿ばね３０を介して弾力的に刃先チップ２０，２０ｋを保持することによって、刃先チップ２０，２０ｋに作用する荷重が緩和、吸収され、刃先２４，２４ｋの摩耗、磨滅、破損が抑制されるので、掘削用ビット１０，１０ｋの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、ビット本体１２は、複数個の部材の組み合わせてチップ収容穴１４，１４ｋ等が形成されるように構成しても構わない。

１０，１０ｋ 掘削用ビット
１２ ビット本体
１４，１４ｋ チップ収容穴
１４ａ 底面
１４ｃ 段面
１５ テーパ面
１６ ビット溝
２０，２０ｋ 刃先チップ
２１ 端面
２２ チップ本体
２３ チップ溝
２４，２４ｋ 刃先
２６ 端部
２８ 止め部材
３０ 皿ばね（ばね部材）
３０ａ 外周
３０ｂ 内周

Claims (6)

1. ビット本体と、
   刃先が形成され、前記刃先が露出するように前記ビット本体に取り付けられた複数の刃先チップと、
   前記刃先チップのうち少なくとも１つを後退可能に保持し、後退した前記刃先チップを元に戻る方向に付勢するばね部材を含むばね機構と、
   を備えたことを特徴とする、掘削用ビット。
2. 前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、円筒状のチップ本体を有し、前記チップ本体の軸方向一方端側に前記刃先が形成され、
   前記ばね機構は、前記ビット本体に形成された、底面又は段面を有する円筒状のチップ収容穴を含み、前記チップ収容穴に、前記チップ本体の軸方向他端側が同軸かつ軸方向移動可能かつ回転可能に収容され、
   前記ばね部材は、前記チップ収容穴の前記底面又は前記段面と、前記チップ収容穴に収容された前記チップ本体の前記軸方向他端側との間に介装され、前記底面又は前記段面に向かう前記チップ本体の移動によって縮む皿ばねであることを特徴とする、請求項１に記載の掘削用ビット。
3. 前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、前記チップ本体の軸方向中間位置に、周方向に延在するチップ溝が形成され、
   前記ばね機構は、
   前記ビット本体に形成され、前記チップ収容穴の軸方向中間位置において前記チップ収容穴に沿って周方向に延在し、前記ばね機構に保持された前記刃先チップの前記チップ溝が対向するビット溝と、
   前記チップ収容穴の内径より大きい外径と、前記チップ収容穴の内径より小さい内径とを有し、互いに対向する前記チップ溝と前記ビット溝とに係合して前記ばね機構に保持された前記刃先チップの軸方向移動範囲を規制する、Ｃ字状の止め部材と、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の掘削用ビット。
4. 前記チップ本体の前記軸方向他端側に、外径が自然状態の前記止め部材の前記内径より小さい部分を含む円錐状の端部が形成されたことを特徴とする、請求項３に記載の掘削用ビット。
5. 自然状態の前記止め部材の前記内径は、前記チップ溝の底面の外径より大きく、
   前記ビット本体は、前記底面又は前記段面とは反対側の前記チップ収容穴の端部に沿って円錐状のテーパ面が形成され、前記テーパ面の最大内径は、自然状態の前記止め部材の前記外径より大きいことを特徴とする、請求項４に記載の掘削用ビット。
6. 円筒状のチップ本体と、
   前記チップ本体の軸方向一端側に形成された刃先と、
   前記チップ本体の軸方向中間位置に形成され、周方向に延在するチップ溝と、
   を備えたことを特徴とする、掘削ビット用の刃先チップ。

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