JP3246410B2 - 掘削工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具本体の先端面
の外周側と内周側とに複数のチップが植設されたボタン
ビット等の掘削工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の掘削工具としては、工具本体の
先端面の外周側と内周側とに、それぞれ円柱状でその先
端が半球状に形成された外周チップと内周チップとが植
設された、いわゆるボタンビットが一般的に知られてい
る。そして、このようなボタンビットにおいては、特に
外周チップを、その先端から後端側に向かうに従い工具
本体の内周側に向かうように傾斜して植設し、さらに工
具本体の軸線に対するこの外周チップの傾斜角（埋込角
度）を３０°以上とすることにより、外周チップを工具
本体に強固に保持して掘削速度を上昇させることがで
き、掘削効率の向上を図ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
トンネル等の掘削に使用される外径が５１mm以下の小径
の掘削工具においては、外周チップの埋込角度を大きく
しすぎると、外周チップと内周チップとが工具本体に埋
め込まれた後端部において干渉してしまうため、上述の
ような大きな傾斜を外周チップに与えるのは困難とされ
ていた。また、このような干渉を避けるため、チップの
後端部の埋込深さを小さくするとチップが脱落しやすく
なってしまい、また内周チップをより工具本体の内周側
に配置して外周チップとの間に間隔をあけようとする
と、掘削される岩盤等の被掘削面に、これら内外周チッ
プの間が削り残されることによって畝状の凸部（岩芯）
が大きく形成され、これにより工具本体先端面の摩耗が
著しく促進されて、やはりチップの早期の脱落を招く結
果となる。

【０００４】本発明は、このような事情を鑑みてなされ
たもので、特に小径のボタンビット等の掘削工具におい
て、チップの脱落を防ぎつつ、外周チップの埋込角度を
確保して、掘削効率の向上を図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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、こ
のような目的を達成するために、本発明の請求項１に係
る掘削工具は、工具本体の先端面の外周部に、複数の外
周チップが、その先端から後端側に向かうに従い工具本
体の内周側に向かうように傾斜して植設されるととも
に、上記先端面の外周チップよりも内周側には、複数の
内周チップが植設された掘削工具において、工具本体の
先端面の内周側に、該工具本体の先端側に一段突出する
突出部を形成し、この突出部の外周面を上記外周部より
も上記工具本体の軸線に対して鋭い角度で先端側に向か
うに従い内周側に縮径する円錐面状として、内周チップ
をこの突出部に植設し、当該掘削工具の外径Ｄに対し
て、上記突出部の突出高さを０．０６〜０．１２５×Ｄ
の範囲に設定するとともに、突出部の外径を０．４〜
０．６５×Ｄの範囲に設定したことを特徴とする。ま
た、請求項２に係る掘削工具は、突出部の突出高さを、
外周チップの外径ｄに対して０．２５〜０．５×ｄの範
囲に設定するとともに、突出部の外径を、当該掘削工具
の外径Ｄおよび上記外周チップの外径ｄに対して、Ｄ−
ｄ−（０．５５〜１．４×ｄ）の範囲に設定したことを
特徴とする。

【０００６】しかるに、このように構成された掘削工具
によれば、工具本体の先端面の内周側に突出部が形成さ
れていて、内周チップはこの突出部に植設されているの
で、内外周チップの埋込深さを確保したまま、内周チッ
プを外周チップに対して工具本体先端側にずらして配置
することができ、工具本体が小径であっても内外周チッ
プが干渉するのを避けることができる。ここで、この突
出部の突出高さが、当該掘削工具の外径Ｄに対して０．
０６×Ｄを下回ったり、外周チップの外径ｄに対して
０．２５×ｄを下回ったりするほど小さいと、内周チッ
プが外周チップに対して工具本体先端側に十分にずらさ
れず、内外周チップが干渉してしまうおそれがある。ま
た、逆に突出部の突出高さが０．１２５×Ｄを上回った
り、０．５×ｄを上回ったりするほど大きいと、外周チ
ップに対して内周チップが工具本体先端側に大きく突き
出すぎてしまって、内周チップの摩耗が促進されてしま
うおそれがある。

【０００７】一方、上記突出部の外径が、当該掘削工具
の外径Ｄに対して０．４×Ｄを下回ったり、該外径Ｄお
よび外周チップの外径ｄに対してＤ−ｄ−（１．４×
ｄ）すなわちＤ−２．４×ｄを下回ったりするほど小さ
いと、この突出部の外周側に配置されることとなる外周
チップと突出部に植設される内周チップとの径方向の間
隔が大きくなってしまい、従来と同様に内外周チップの
間の岩盤が削り残されて大きな畝状の凸部（岩芯）が形
成され、工具本体の摩耗が促進されてチップの脱落を招
くおそれがある。また、逆に突出部の外径が掘削工具の
外径Ｄに対して０．６５×Ｄを上回ったり、該外径Ｄや
外周チップの外径ｄに対してＤ−ｄ−（０．５５×ｄ）
すなわちＤ−１．５５×ｄを上回ったりするほど大きい
と、突出部に多くの内周チップを植設しなければ、内周
チップ同士の間に上述のような岩芯が形成されたり、工
具本体の先端面の外周側に外周チップを植設するスペー
スが十分に確保できなくなったりするおそれが生じる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１ないし図４は、本発明を小径
のボタンビットに適用した場合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、外形が先端
側に向けて漸次拡径する多段円柱状をなし、特に先端部
の外周面は先端側に向かうに従い漸次拡径するテーパ状
に形成されている。また、この工具本体１の内部には、
当該工具本体１をシャンクロッドに連結するための取付
穴２が、工具本体１の軸線Ｏに沿って後端面から先端側
に向け形成されており、この取付穴２の内周部には雌ね
じ部３が形成されている。さらに、この取付穴２の先端
側には空気孔４が形成されており、この空気孔４は工具
本体１の先端部において３つに分岐して、それぞれ工具
本体１の先端面５に開口されている。なお、工具本体１
の先端部外周面には、上記先端面５に開口して後端側に
延びる断面円弧状の幅広で深いくり粉の排出溝６と幅狭
で浅い排出溝７とが、周方向に等間隔かつ交互に同数
（本実施形態では３つずつ）形成されている。

【０００９】この工具本体１の先端面５には、その外周
側に複数（本実施形態では６つ）の外周チップ８…が周
方向に間隔をおいて植設されるとともに、これらの外周
チップ８…よりも内周側には、やはり複数（本実施形態
では３つ）の内周チップ９…が、軸線Ｏから径方向に間
隔をあけ、かつ周方向に等間隔に植設されている。これ
ら内外周チップ８，９は、超硬合金等の硬質材料から形
成されて、その先端部が半球状とされるとともに、後端
部が先端部に滑らかに連なる円柱状に形成されてなるも
のであり、この後端部が工具本体１内に埋め込まれるこ
とにより上記先端面５に植設されている。ここで、外周
チップ８…は、工具本体１の周方向に上記排出溝６，７
の間に一つずつ配設されて、各排出溝６，７と該排出溝
６，７を挟んで隣接する一対の外周チップ８，８との周
方向の間隔が互いに等しくなるように、かつ、幅広の排
出溝６を挟んで隣接する一対の外周チップ８，８の周方
向の間隔が、幅狭の排出溝７を挟んで隣接する一対の外
周チップ８，８の周方向の間隔よりも大きくなるように
配置されている。さらに、内周チップ９…は、周方向に
上記幅広の排出溝６…の位置に合わせて配置されてい
る。

【００１０】また、上記内周チップ９…は図３に示すよ
うに工具本体１の軸線Ｏに平行に植設される一方、外周
チップ８…は図４に示すように、その先端部から後端部
側に向かうに従い工具本体１の径方向内周側に向かうよ
うに、軸線Ｏに対して傾斜して植設されており、その軸
線Ｏに対する傾斜角（埋込角度）αは３０°以上とされ
ている。さらに、こうして傾斜して植設された上記外周
チップ８…は、工具本体１の軸線Ｏ方向先端側から見
て、その先端部が該工具本体１の外周面よりも僅かに外
周側に突出するようにされており、この突出した外周チ
ップ８の先端部の上記軸線Ｏに対する外径が当該掘削工
具の外径Ｄとされていて、本実施形態ではこの外径Ｄは
５１mm以下とされている。なお、外周チップ８の外径ｄ
は内周チップ９よりも僅かに大きくされている。

【００１１】そして、本実施形態の掘削工具では、工具
本体１の上記先端面５は、上記外周チップ８…が植設さ
れる外周部１０が、軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い内
周側に向けて縮径する軸線Ｏを中心とした円錐面状に形
成されるとともに、これよりも内周側の上記内周チップ
９が植設される中央部分が、この外周部１０よりもさら
に工具本体１の先端側に一段突出した突出部１１とされ
ている。ここで、この突出部１１は、その先端面１１ａ
が軸線Ｏを中心とする略円形をなし、かつ、この先端面
１１ａと上記外周部１０との間の外周面１１ｂが、上記
外周部１０がなす上記円錐面よりも軸線Ｏに対して鋭い
角度で先端側に向かうに従い内周側に縮径する円錐面状
とされた、扁平した円錐台状に形成されており、従って
内周チップ９…は上記先端面１１ａに垂直に植設され
る。また、上記外周チップ８…は図２に示されるよう
に、この先端面５の外周部１０と突出部１１との交差稜
線がなす円に外接するように、かつ上記外周部１０に対
して略垂直に植設されている。なお、工具本体１の先端
部で３つに分岐した上記空気孔４…は、この突出部１１
の先端面１１ａと外周面１１ｂとの交差稜線上におい
て、周方向に上記幅狭の排出溝７の位置に合わせて開口
させられている。

【００１２】さらに本実施形態では、この突出部１１
は、その突出高さ（先端面５の外周部１０と突出部１１
との交差稜線から突出部１１の先端面１１ａまでの軸線
Ｏ方向の距離）Ｈが、当該掘削工具の上記外径Ｄに対し
て０．０６〜０．１２５×Ｄの範囲に、また外周チップ
８の上記外径ｄに対して０．２５〜０．５×ｄの範囲に
設定されている。また、この突出部１１は、その外径
（突出部１１の先端面１１ａがなす円の直径）Ｄ₁₁が、
当該掘削工具の上記外径Ｄに対して０．４〜０．６５×
Ｄの範囲に、また上記掘削工具の外径Ｄおよび外周チッ
プ８の上記外径ｄに対してＤ−ｄ−（０．５５〜１．４
×ｄ）、すなわちＤ−１．５５×ｄ〜Ｄ−２．４×ｄの
範囲に設定されている。

【００１３】しかるに、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５に、先端側に向けて一段突
出する突出部１１が形成されており、内周チップ９…は
この突出部１１上に植設されているので、外周チップ８
に３０°以上の大きな埋込角度αを与えるに際して、当
該掘削工具の外径Ｄが５１mm以下の小径であっても、図
３や図４に示すように外周チップ８に対して内周チップ
９を先端側にずらして配置することにより、内外周チッ
プ８，９に十分な埋込深さを確保しつつ、これら内外周
チップ８，９が干渉するのを防ぐことができる。そし
て、さらにこの突出部１１は、掘削工具の外径Ｄに対し
てその突出高さＨが０．０６〜０．１２５×Ｄの範囲に
設定されるとともに、外径Ｄ₁₁が０．４〜０．６５×Ｄ
の範囲に設定され、また外周チップ８の外径ｄに対して
は、突出高さＨが０．２５〜０．５×ｄの範囲に設定さ
れるとともに、外径Ｄ₁₁がＤ−ｄ−（０．５５〜１．４
×ｄ）の範囲に設定されているので、より確実に内外周
チップ８，９の干渉を防ぐことができるとともに、これ
ら内外周チップ８，９や工具本体１の摩耗によるチップ
８，９の脱落を防止することが可能となる。

【００１４】すなわち、上述したように、突出部１１の
上記突出高さＨが掘削工具の外径Ｄに対して０．０６×
Ｄを下回ったり、外周チップ８の外径ｄに対して０．２
５×ｄを下回ったりするほど小さいと、内外周チップ
８，９が十分にずらされずに干渉してしまうおそれがあ
るため、内外周チップ８，９に十分な埋込深さを確保で
きなくなったり、外周チップ８の埋込角度αを大きくす
ることが困難となって、チップ保持力が確保できずに掘
削効率の向上が阻害されるおそれがある。また、逆に突
出部１１の上記突出高さＨが０．１２５×Ｄを上回った
り、０．５×ｄを上回ったりするほど大きいと、外周チ
ップ８に対して内周チップ９が先端側に突出しすぎてし
まい、その摩耗が著しく促進されて工具寿命が短縮され
てしまうおそれがある。

【００１５】一方、突出部１１の上記外径Ｄ₁₁が、掘削
工具の外径Ｄに対して０．４×Ｄを下回ったり、この外
径Ｄおよび外周チップ８の外径ｄに対してＤ−ｄ−
（１．４×ｄ）を下回ったりするほど小さいと、内周チ
ップ９と外周チップ８との径方向の間隔が大きくなり、
掘削時にこの間に岩盤等が削り残されることにより大き
な畝状の凸部（岩芯）が形成されて、これにより工具本
体１の摩耗が促進され、チップ８，９の脱落等による工
具寿命の短縮を招くことになる。また、逆に突出部１１
の上記外径Ｄ₁₁が掘削工具の外径Ｄに対して０．６５×
Ｄを上回ったり、該外径Ｄや外周チップ８の外径ｄに対
してＤ−ｄ−（０．５５×ｄ）を上回ったりするほど大
きいと、突出部１１の中央の内周チップ９の間に上記岩
芯が形成されてしまい、やはり工具本体１が摩耗してチ
ップ８，９が脱落し、工具寿命が短縮されたりするおそ
れがある。

【００１６】なお、本実施形態では、突出部１１を上述
のように扁平した円錐台状に形成しているが、これを、
その外周面１１ｂが工具本体１の軸線Ｏに平行な円板状
に形成したり、あるいは外周面１１ｂが軸線Ｏを含む断
面において１／４円弧状をなす曲面に形成したりしても
よい。また、突出部１１自体を扁平した半球状に形成し
たりしてもよく、この場合に該突出部１１に植設される
内周チップ９は、この突出部１１の表面に垂直に植設さ
れるのが望ましい。さらに、本実施形態では、内外周チ
ップ８，９をその先端部が半球状に形成されたものとし
たが、これら内外周チップ８，９としては、円錐状、円
柱状、円錐台状など他の形状の先端部を有するものを用
いることも可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
工具本体の先端面に形成された突出部に内周チップが植
設されているので、外周チップに対して内周チップを先
端側にずらして配置することができ、小径の掘削工具で
あっても内外周チップが干渉するのを防ぎつつ、外周チ
ップの埋込角度を大きくしてチップ保持力を確保し、掘
削速度および掘削効率の向上を図ることができる。そし
て、この突出部の突出高さが、当該掘削工具の外径Ｄに
対して、上記突出部の突出高さが０．０６〜０．１２５
×Ｄの範囲、または外周チップの外径ｄに対して０．２
５〜０．５×ｄの範囲に設定され、かつ、突出部の外径
が０．４〜０．６５×Ｄの範囲、またはＤ−ｄ−（０．
５５〜１．４×ｄ）の範囲に設定されることにより、一
層確実に掘削効率の向上を図るとともに、チップや工具
本体の摩耗を防いで工具寿命の延長を促すことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態である小径ボタンビット
の側面図である。

【図２】 図１に示す実施形態の先端面５を示す正面図
である。

【図３】 図２におけるＡＡ断面図である。

【図４】 図２におけるＯＢ断面図である。

【符号の説明】

１ 工具本体 ５ 工具本体１の先端面 ８ 外周チップ ９ 内周チップ １０ 先端面５の外周部 １１ 突出部 １１ａ 突出部１１の先端面 １１ｂ 突出部１１の外周面 Ｄ 掘削工具の外径 ｄ 外周チップ８の外径 Ｈ 突出部１１の突出高さ Ｄ₁₁ 突出部１１の外径 Ｏ 工具本体１の中心軸線 α 外周チップ８の埋込角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤墳 和夫 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地 三菱マテリアル株式会社 岐 阜製作所内 (56)参考文献 特開 平７−76985（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−125886（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225488（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−156590（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−54696（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−17484（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−12587（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 10/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具本体の先端面の外周部に、複数の外
   周チップが、その先端から後端側に向かうに従い上記工
   具本体の内周側に向かうように傾斜して植設されるとと
   もに、上記先端面の外周チップよりも内周側には、複数
   の内周チップが植設された掘削工具において、上記工具
   本体の先端面の内周側には、該工具本体の先端側に一段
   突出する突出部が形成されていて、この突出部の外周面
   は上記外周部よりも上記工具本体の軸線に対して鋭い角
   度で先端側に向かうに従い内周側に縮径する円錐面状と
   され、上記内周チップはこの突出部に植設されており、
   当該掘削工具の外径Ｄに対して、上記突出部の突出高さ
   が０．０６〜０．１２５×Ｄの範囲に設定されるととも
   に、上記突出部の外径が０．４〜０．６５×Ｄの範囲に
   設定されていることを特徴とする掘削工具。
2. 【請求項２】 工具本体の先端面の外周部に、複数の外
   周チップが、その先端から後端側に向かうに従い上記工
   具本体の内周側に向かうように傾斜して植設されるとと
   もに、上記先端面の外周チップよりも内周側には、複数
   の内周チップが植設された掘削工具において、上記工具
   本体の先端面の内周側には、該工具本体の先端側に一段
   突出する突出部が形成されていて、この突出部の外周面
   は上記外周部よりも上記工具本体の軸線に対して鋭い角
   度で先端側に向かうに従い内周側に縮径する円錐面状と
   され、上記内周チップはこの突出部に植設されており、
   上記突出部の突出高さが、上記外周チップの外径ｄに対
   して０．２５〜０．５×ｄの範囲に設定されるととも
   に、上記突出部の外径が、当該掘削工具の外径Ｄおよび
   上記外周チップの外径ｄに対して、Ｄ−ｄ−（０．５５
   〜１．４×ｄ）の範囲に設定されていることを特徴とす
   る掘削工具。