JP3542923B2 - 掘削ビット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられて掘削作業に供される掘削ビットに係わり、特に軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材あるいは鋼材および無筋コンクリート等の埋設物の掘削とを連続的に行う場合に用いて好適な掘削ビットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットとしては、例えば特開昭５３−８２６０１号公報において、超硬合金製の軸状のチップの周りに溶接肉盛りや鋳込み法、粉末冶金法などによって軟質合金材よりなる合金マトリックスを囲繞固結してビット本体を形成したものが提案されており、この掘削ビットは上記公報では、岩芯（コア）採取用の円筒状のカッタリングの先端に取り付けられて、該カッタリングをその軸線回りに回転させつつ該軸線方向に前進させることにより、岩石のボーリングに使用されている。なお、この掘削ビットにおいて上記チップはカッタリングの上記軸線に平行に配設されるとともに、該チップの先端および上記ビット本体の先端面は、その上記軸線を含む断面における形状がカッタリングの周方向に亙って均一な形状とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、例えば既設の下水道本管のシールドトンネルのような地中に埋設された埋設物に、シールド掘削機によって掘削された枝孔を直接接続する掘削工法が研究されている。そして、このような掘削工法においては、シールド掘削機によって上記埋設物に近接する位置まで枝孔を掘削した上で、上述のような掘削ビットを取り付けたカッタリングをシールド掘削機の先端から回転させつつ前進させることにより、この枝孔を上記埋設物に貫通させて接続することが検討されている。
【０００４】
しかしながら、このような掘削工法では、上記枝孔と埋設物との間に残された軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリートから形成された上記シールドトンネル等の埋設物の壁部の掘削とが連続して行われるため、上記掘削ビットにおいては、岩層の掘削によってチップの先端がビット本体の先端面全体に亙って摩耗した後に、上記埋設物壁部の掘削が行われることとなる。このため、この埋設物の掘削において掘削効率が著しく劣化してしまうことが避けられず、場合によっては枝孔の接続自体が困難となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、特に上述のような軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された埋設物の掘削とを確実に連続して行うことが可能な掘削ビットを提供することを目的としている。
【０００６】
【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、まず本発明では、軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットであって、上記カッタリングの回転方向に沿って先端側に凸となる山型をなす先端面を備えたビット本体に、該ビット本体よりも硬質の複数のチップを、その先端を上記ビット本体の先端面に沿って山型をなすように突出させて植設している。
【０００７】
従って、このような掘削ビットでは、上記軟質層から中硬岩層に対しては先端側に突出する山型のビット本体先端面の頂部周辺に植設されたチップによって専ら掘削が行われる一方、上記既設シールドトンネルの壁部のような埋設物を掘削する場合においては、この頂部周辺のチップおよびビット本体先端面が摩耗するのに伴い、上記山型の麓部分に植設された摩耗していないチップが順次掘削に関与することとなって掘削効率が確保されるため、このような埋設物に対しても確実に連続して掘削を行うことが可能となる。
【０００８】
そして、このような構成を採用した上で、本発明では第１に、上記ビット本体の先端面がなす山型の斜面が上記軸線に直交する平面に対してなす傾斜角は３°〜１２°の範囲に設定されている。これは、この傾斜角が３°を下回るほど小さいと、ビット本体の先端面がなす山型の斜面がなだらかになりすぎ、カッタリングの先端側への送り量によっては軟質層から中硬岩層の掘削においても上記山型の麓部分のチップが掘削に関与して摩耗してしまうおそれがあり、逆に上記傾斜角が１２°を上回るほど大きいと上記山型の斜面が急になりすぎ、埋設物の掘削により頂部側のチップが摩耗して麓側のチップが掘削に関与するまでが長くなって、この間の掘削効率が損なわれるおそれがあるからである。
【０００９】
一方、このような掘削ビットを先端に取り付けたカッタリングによる掘削においては、上述のように掘削ビットのビット本体先端面が掘削に伴って摩耗するのと同時に、該掘削ビットによって形成される環状の溝の周壁面に摺接することにより、ビット本体の側面も摩耗してしまう。しかも、この側面の摩耗はビット本体の先端側から進行するため、掘削に伴いビット本体はカッタリングの軸線を含む断面において先細りのクサビ形状となり、そのような掘削ビットを取り付けたカッタリングを回転させつつ前進させて掘削を行おうとすると、岩層や埋設物にクサビが打ち込まれるような状態となるので、摩擦抵抗が大きくなってカッタリングの回転トルクが増大するとともに、掘削時に生成された切屑の排出が困難となるという問題が生じる。
【００１０】
そこで、このような問題が生じるのを避けるため、本発明では第２に、上記カッタリングの内周側または外周側を向く上記ビット本体の側面を、後端側に向かうに従い漸次後退する傾斜面状に形成しており、これにより上記環状溝の周壁面とビット本体の側面との間に間隙が画成されるので、摩擦抵抗の増大を抑えることができるとともに、この間隙を介して切屑を容易に排出することができる。
【００１１】
なお、このようにビット本体の側面を後退させた場合において、その後退角度は２°〜１２°の範囲に設定されるのが望ましく、この後退角度が２°を下回るほど小さいと上記間隙も小さくなりすぎて摩擦抵抗の抑制や切屑の円滑な排出を十分に図ることが困難となるおそれがある一方、逆に上記後退角度が１２°を上回るほど大きいと、このビット本体の後退した側面と先端面との交差角が小さくなって欠損が生じたり、カッタリングの軸線に平行にはこの側面側に十分な深さまでチップを植設できなくなったり、たとえ該側面に沿ってチップを植設したとしても、摩耗によってチップ先端面と該側面側の周面との交差角が小さくなるため、やはり欠損が生じたりするおそれがある。
【００１２】
また、上述したビット本体の側面の摩耗が進行すると、このビット本体に植設されたチップの脱落を招くという問題も生じる。そこで、このような問題を解消するため、本発明では第３に、上記カッタリングの内周側または外周側を向く上記ビット本体の側面に、該ビット本体よりも硬質の補助チップを埋設しており、このような構成を採ることにより、この補助チップによってビット本体の上記側面がクサビ状に摩耗すること自体が防止されるため、摩擦抵抗の増大を抑えることができるとともに、良好な切屑排出性を維持することが可能となる。
【００１３】
ただし、この補助チップにおいては、その硬度が、上記チップと同等か、もしくは該チップよりもＨＲＡ８低い硬度までの範囲に設定されるのが望ましく、これよりも補助チップの硬度が低いとビット本体の上記側面の摩耗を確実に防止することができなくなるおそれがある一方、補助チップの硬度が上記チップよりも高くなると、補助チップが埋設された上記側面側におけるビット本体の先端面やチップの摩耗が抑制されてしまい、上記埋設物の掘削の際に上記山型の麓側のチップを確実に掘削に関与せしめることができなくなるおそれがある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は本発明の第１の実施形態の掘削ビット１を示すものである。本実施形態の掘削ビット１は、そのビット本体２が黄銅等の軟質合金または軟鋼によって形成されたものであり、このビット本体２の先端側には、この先端側から見た平面視において図１に示すように概略長方形状をなす刃部３が形成されるとともに、該ビット本体２の後端側は、この刃部３の先端面３ａが上記平面視においてなす直方形の幅方向（図１における上下方向。図３においては左右方向）に段違いにずらされるように形成されていて、当該掘削ビット１を図４に示されるようなカッタリング４の先端部に接合されたホルダ５に取り付けるための取付部６とされている。
【００１５】
ここで、この取付部６は、該取付部６が刃部３に対して上記幅方向にずらされた側（図１において上側）の部分が上記平面視において略等脚台形状をなすように形成されていて、このずらされた側に向かうに従い互いに接近する側面６ａ，６ａを備えているとともに、この部分には、該取付部６をその底面６ｂに垂直に貫通する一対の取付孔７，７が、刃部３が上記平面視になす長方形の長手方向（図１、図２における左右方向。）に並ぶように互いに平行に形成されている。また、この長手方向を向く取付部６の両側面には、該側面から突出するように一対の鍔部８，８が形成されている。
【００１６】
一方、刃部３には、円柱軸状をなす複数のチップ９…がその先端を刃部３の上記先端面３ａから突出させて植設されている。これらのチップ９…は、超硬合金やセラミックス等の硬質材料より形成されていて、その硬度が上記ビット本体２よりもＨＳ５０〜８０程度高く設定されており、それぞれ上記取付部６の底面６ｂに対して垂直な方向に、すなわち互いに平行に取り付けられている。また、これらのチップ９…は、上記平面視において刃部３の先端面３ａに、上記長手方向に等間隔で並ぶ複数の列（本実施形態では７列）をなすとともに、各列においてもチップ９…が上記幅方向に等間隔をなすように千鳥状に配列されており、しかもこのうち少なくとも上記長手方向の中央部に配設される複数の列においては、１の列において上記幅方向に隣接するチップ９，９同士の間に、この１の列に隣接する列のチップ９が、上記１の列のチップ９，９と上記幅方向に重なり合うようにして配置されている。
【００１７】
そして、この刃部３の先端面３ａは、上記長手方向において対称にその両端から中央部に向かうに従い漸次先端側に突出する山型をなすように形成されるとともに、各チップ９…の先端は、この先端面から等しい突出量で僅かに突出して、上記先端面３ａがなす山型に沿ってやはり山型をなすように配設されている。ただし、本実施形態では、上記チップ９…がなす列のうち長手方向中央に位置する列の部分においてこの先端面３ａは取付部６の底面６ｂに平行な平坦面となるように形成されるとともに、この平坦面から上記長手方向両端側に向けて後端側に向かう山型の先端面３ａの麓部分は一定の傾斜角θで傾斜するように形成されており、従ってこの先端面３ａは上記平坦面を頂部とする等脚台形状の山型を呈することとなる。さらに、上記傾斜角θは、本実施形態では３°〜１２°の範囲に設定されている。なお、本実施形態では、刃部３の取付部６に対してずらされた側の側面３ｂは、取付部６の底面６ｂに垂直な方向に形成されている。
【００１８】
このような掘削ビット１が取り付けられる上記ホルダ５は、ビット本体２より高硬度の鋼材などによって厚肉の概略平板状に形成されており、円筒状をなす上記カッタリング４の先端部に周方向に等間隔に形成された複数の凹所４ａ…に、その先端面５ａを先端側に向けるとともに側面５ｂ，５ｃのうち一方をカッタリング４の内周側に向け、他方を外周側に向けて取り付けられている。ここで、このホルダ５には、上記取付部６が嵌挿される取付凹部１０が上記先端面５ａに開口して側面５ｂ，５ｃ間を貫くように形成されており、このうち側面５ｂ側においてこの取付凹部１０には、掘削ビット１の取付部６の上記側面６ａ，６ａがなす角度と等しい挟角で該側面５ｂ側に向かうに従い互いに接近する壁面１０ａ，１０ａが形成されるとともに、その底面１０ｂには上記側面６ａ，６ａを壁面１０ａ，１０ａに当接させた状態で上記取付孔７，７と同軸となるように取付ネジ孔１１，１１が形成される一方、この取付凹部１０の側面５ｃ側には、掘削ビット１の取付部６の上記鍔部８，８が嵌合可能な凹部１２，１２が底面１０ｂ側に形成されている。
【００１９】
しかして、このように構成されたホルダ５に上記掘削ビット１は、ホルダ５の側面５ｃ側から上記側面６ａ，６ａを前向きにしてその取付部６を上記取付凹部１０に嵌挿させ、これら側面６ａ，６ａを取付凹部１０の壁面１０ａ，１０ａに当接させるとともに上記底面６ｂを取付凹部１０の底面１０ｂに密着させ、かつ鍔部８，８を凹部１２，１２に嵌合させた状態で、上記取付孔７，７に挿通した図示されない一対の取付ボルトを上記取付ネジ孔１１，１１にねじ込むことにより、上記刃部３をホルダ５の上記先端面５ａから突出させて取り付けられる。従って、この掘削ビット１は、その刃部３の上記長手方向をカッタリング４の周方向に沿わせるとともに、上記幅方向をカッタリング４の径方向に向けて取り付けられ、さらに取付部６の底面６ｂおよび刃部３の先端面３ａの頂部の上記平坦面がカッタリング４の軸線に直交する方向に配置される。
【００２０】
また、このように上記取付凹部１０に嵌挿されて取り付けられた状態で、掘削ビット１の取付部６の上記側面６ａ，６ａ間に位置する側面６ｃとこの側面６ｃとは反対側の側面６ｄは、ホルダ５の上記側面５ｂと側面５ｃにそれぞれ面一となるようにされており、従って上述のようにこの取付部６と刃部３とが段違いにずらされていることにより、掘削ビット１の刃部３は、その上記側面３ｂが上記平面視にホルダ５の上記側面５ｃに対して上記幅方向に一段突出するように配設される。一方、上記カッタリング４の複数の上記凹所４ａ…に取り付けられる上記ホルダ５…は、該カッタリング４の周方向に隣接するホルダ５，５同士がその側面５ｂ，５ｃをカッタリング４の内周側と外周側とに互い違いに向けるようにして配設されており、従って該ホルダ５…に取り付けられる掘削ビット１…も、その刃部３の上記側面３ｂがカッタリング４の内周側と外周側とに交互に突出するように配設される。ただし、これらの内外周に交互に突出する掘削ビット１…の刃部３…の先端面３ａにおいては、カッタリング４の回転に伴う互いのチップ９…の回転軌跡が、該カッタリング４の径方向中央部でオーバーラップするようになされている。
【００２１】
しかるに、このようにホルダ５を介してカッタリング４の先端に取り付けられた掘削ビット１…は、このカッタリング２が上述のようにシールド掘削機の先端からその中心軸線回りに周方向に回転されつつ該軸線方向に前進させられることにより、その刃部３によって上述のように軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された既設シールドトンネル等の埋設物の掘削とを連続して行うのに使用される。従って、ビット本体２の刃部３の先端面３ａは上記カッタリング４の回転方向に沿って先端側に凸となる山型を呈することとなり、またこの刃部３に植設されたチップ９…も、その先端を上記先端面３ａに沿って回転方向に山型をなすように突出させて回転させられるため、上記構成の掘削ビット１では、軟質層から中硬岩層のように比較的柔らかい岩層を掘削するときには、これらのチップ９…のうち最も先端側に突出する上記山型の頂部に植設されたチップ９…が専ら掘削に供され、他のチップ９がこの岩層の掘削によって摩耗するのを避けることができる。
【００２２】
その一方で、これら掘削ビット１…が上記既設シールドトンネル等に達して鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材と無筋コンクリートのような埋設物を掘削する際には、最も先端側に突出する上記山型の頂部に植設された列のチップ９…が摩耗するのに伴い、この列の上記長手方向に隣接する列のチップ９…が同じ高さとなって摩耗した頂部の列のチップ９…とともに掘削に供され、これらのチップ９…が摩耗すると、さらにその上記長手方向に隣接する列のチップ９…が掘削に供されることとなる。すなわち、上記構成の掘削ビット１によれば、上述のような埋設物に対しては、このようにチップ９…が摩耗してゆくことにより、ビット本体２の刃部３の先端面３ａがなす山型の麓部分に植設されたチップ９…が順次掘削に関与することとなって、掘削効率が損なわれるようなことがないばかりか、むしろ摩耗するほど高い掘削効率を確保することができ、従って上述のような掘削工法における軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された埋設物の掘削とを、確実に連続して行うことが可能となる。
【００２３】
ここで、本実施形態では、このビット本体２の刃部３の先端面３ａがなす山型の麓部分が一定の傾斜角θで傾斜するように形成されており、この傾斜角θが３°〜１２°の範囲となるようにされているが、この傾斜角θが３°を下回るほど小さいとこの先端面３ａがなす山型がなだらかとなりすぎ、該先端面３ａに沿うように山型に配置されるチップ９…の段差も小さくなりすぎて、カッタリング４の先端側への送り量が大きい場合には、上記軟質層から中硬岩層の掘削においても山型の麓部分のチップ９…が掘削に供されて摩耗してしまうおそれがある。一方、これとは逆に上記傾斜角θが１２°を上回るほど大きいと、上記先端面３ａがなす山型の傾斜が急になりすぎ、従ってこの先端面に沿って山型に配置されるチップ９…の段差も大きくなって、該山型の頂部側に配設されるチップ９が摩耗して麓側のチップ９が掘削に関与するまでの間隔が長くなりすぎ、この間の掘削効率の向上が望めなくなるおそれがある。従って、上記傾斜角θは本実施形態のように３°〜１２°の範囲に設定されるのが望ましい。
【００２４】
なお、本実施形態では、このようにビット本体２の刃部３の先端面３ａが一定の傾斜角θで傾斜する山型に形成されているが、例えばこの先端面３ａをカッタリング４の回転方向に向けて先端側に向けて凸となる円筒面状に形成するなどして、この傾斜角θが変化するようにしてもよい。また、本実施形態ではこの先端面３ａがなす山型の頂部に形成される上記平坦面に、１列の上記チップ９…が配列されているが、軟質層から中硬岩層における掘削効率を向上させるためにこの平坦面に２列あるいはそれ以上のチップ９…を配設するようにしてもよい。さらに、本実施形態では上記先端面３ａが、カッタリング４の回転方向に沿って対称な形状で先端側に突出した後、後退する１つの山型をなすように形成されているが、例えばこの山型の頂部がカッタリング４の回転方向側やこの回転方向の後方側に偏った位置にあってもよく、また先端面３ａに２以上の山型が形成されていてもよい。
【００２５】
さらにまた、本実施形態では、このチップ９がビット本体２よりも硬質であって、掘削によるチップ９の摩耗よりもビット本体２の先端面３ａの摩耗が促進されやすく、このためチップ９が先端面３ａに埋没することなく掘削効率を確実に確保することができるとともに、チップ９…間に先端面３ａの摩耗による間隔があけられるため、切屑の排出が容易であるという効果も得られる。ただし、このチップ９とビット本体２との硬度差が小さすぎるとこのような効果が十分ではなく、逆に硬度差が大きすぎると、ビット本体２の摩耗が著しくなってチップ９の脱落を招いたりするおそれがあるため望ましくない。このため、このチップ９に対するビット本体２の硬度差は、本実施形態のようにＨＳ５０〜８０の範囲に設定されるのが望ましい。
【００２６】
一方、本実施形態ではビット本体２の上記刃部３と取付部６とがずらされて形成されていて、このような掘削ビット１がカッタリング４の先端に、上記刃部３の側面３ｂを内周側と外周側とに交互に突出させ、かつ先端面３ａのチップ９…の回転軌跡がオーバーラップするように取り付けられている。このため、上記実施形態の掘削ビット１を装着したカッタリング４においては、個々の掘削ビット１に作用する負荷の低減を図ってその寿命の延長を促しつつも、カッタリング４の厚さ以上の掘削幅を確保することができ、カッタリング４の内外周面が掘削ビット１…によって形成された環状溝に摺接してカッタリング４の回転トルクが増大するような事態を防止することができる。しかも、このように刃部３をカッタリング４の内外周側に突出させた場合、ビット本体２には刃部３が突出する側とは反対側に掘削負荷が作用することとなるが、これに対して本実施形態では、この掘削負荷が作用する側に向けて互いに接近する側面６ａ，６ａが上記取付部６に形成されていて、これらの側面６ａ，６ａがホルダ５の壁面１０ａ，１０ａに当接させられてビット本体２が取り付けられているので、かかる掘削負荷に対しても十分な取付剛性を確保することが可能である。
【００２７】
次に、図５は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、上記第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。すなわち、この第２の実施形態においては、その掘削ビット２１のビット本体２における刃部３の取付部６に対してずらされた側の上記側面３ｂ、すなわち当該掘削ビット２１を上記カッタリング４の先端に取り付けた状態においてこのカッタリング４の内周側または外周側を向いて突出するビット本体２の側面３ｂが、上記先端面３ａから後端側に向かうに従い上記幅方向に漸次後退する傾斜面状に形成されていることを特徴としており、この側面３ｂが後退しつつ傾斜する後退角度αは、本実施形態では２°〜１２°の範囲に設定されている。また、本実施形態では、このように側面３ｂが後退傾斜させられているのに伴い、刃部３に植設される上記チップ９…も、最も側面３ｂ側に植設されるチップ９が上記後退角度αと等しい角度で傾斜させられるとともに、このチップ９と同じ列における次のチップ９は上記後退角度αの略半分の傾斜角で傾斜させられている。
【００２８】
しかるに、このように構成された掘削ビット２１では、該掘削ビット２１を装着した上記カッタリング４において、この掘削ビット２１により形成される環状溝の周壁面とこの周壁面に対向するビット本体２の上記側面３ｂとの間に、後端側に向けて漸次大きくなる間隙が画成されることとなり、この側面３ｂが上記周壁面に摺接することによる摩擦抵抗の低減を図ることができて、当該カッタリング４の回転トルクを一層軽減することができるとともに、掘削時に生成される切屑をこの間隙を介して容易に排出することが可能となる。しかも、本実施形態では、この傾斜した側面３ｂ側のチップ９…が、該側面３ｂの傾斜に合わせて後退傾斜するように植設されているので、掘削によって刃部３の側面３ｂ側に摩耗が生じても、硬質のチップ９…の側面が露出したところでこの摩耗が進行するのを抑制して上記間隙を確保することができ、従ってより長期に渡って上述の摩擦抵抗の低減や良好な切屑排出性を図ることが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態ではこの側面３ｂの後退角度αを２°〜１２°の範囲に設定しているが、これは、この後退角度αが２°を下回るほど該側面３ｂの傾斜が小さくなりすぎると、刃部３によって形成される上記環状溝の周壁面との間の上記間隙も小さくなり、この周壁面と側面３ｂとの摩擦抵抗を十分に抑制することができなくなったり、良好な切屑の排出性が損なわれたりするおそれがあるからである。その一方で、この後退角度αが１２°を上回るほど大きいと、刃部３の上記先端面３ａとこの側面３ｂとの交差角が小さくなりすぎて、この交差部分に欠損が生じやすくなったり、第１の実施形態のようにチップ９…をビット本体２の底面６ｂに垂直に植設できなかったり、また本実施形態のように該側面３ｂに沿ってチップ９を後退傾斜させても、該チップ９の先端面と側面３ｂ側の周面との交差角が小さくなってやはり欠損等が生じたりするおそれがある。このため、上記後退角度αは、本実施形態のように２°〜１２°の範囲に設定されるのが望ましい。
【００３０】
さらに、図６および図７は本発明の第３の実施形態を示すものであり、この第３の実施形態の掘削ビット３１では、該掘削ビット３１を上記カッタリング４に取り付けた状態においてこのカッタリング４の内周側または外周側を向いて突出するビット本体２の刃部３の側面３ｂに、該ビット本体２よりも硬質の補助チップ３２…を埋設したことを特徴としている。ここで、上記補助チップ３２…は、断面略等脚台形をなす軸状に形成されていて、千鳥状に配設された上記チップ９…の列のうち上記側面３ｂとの間に間隔があけられる列の当該間隔部分の先端面３ａ側に、ビット本体２の上記底面６ｂに垂直に、かつ上記等脚台形の幅狭となる辺側を側面３ｂ側に向け、しかも上記幅方向において最も側面３ｂ側のチップ９と略同位置か、もしくは側面３ｂ側に位置するように植設させられている。また、この補助チップ３２の硬度は、チップ９と略同等か、該チップ９の硬度よりもＨＲＡ８低い硬度までの範囲に設定されている。なお、この第３の実施形態において上記側面３ｂおよびチップ９…は、第１の実施形態と同様にビット本体２の上記底面６ｂに垂直な方向に配設されている。
【００３１】
しかるに、このように構成された第３の実施形態においては、上述のように刃部３によって形成された環状溝の周壁面との摺接によって上記側面３ｂが摩耗すると、この側面３ｂ側に植設された補助チップ３２…が露出してそれ以上の刃部３の摩耗が抑制されるので、この摩耗により側面３ｂが先細りのクサビ状に摩耗してしまうのを防いで摩擦抵抗の増大や切屑排出性の劣化を抑制することができるとともに、かかる摩耗が促進されてチップ９が脱落してしまうような事態をも防止することが可能となる。また、特に本実施形態では上記補助チップ３２が断面等脚台形状に形成されていて、その幅狭となる辺側を側面３ｂ側に向けて植設されているので、側面３ｂがある程度摩耗して補助チップ３２が露出してもこの補助チップ３２自体が脱落してしまうようなこともなく、より確実に摩耗の進行を抑えてチップ９の脱落を防止することができる。
【００３２】
なお、本実施形態ではこの補助チップ３２の硬度を、上記チップ９の硬度と略同等か、ＨＲＡ８程度低い範囲までに設定しているが、これは、補助チップ３２の硬度がこの範囲よりも低い硬度であると、側面３ｂ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、逆に補助チップ３２の硬度がチップ９の硬度を上回るほど高いと、特に上記既設の埋設物の掘削の際に、山型に形成された刃部３の先端面３ａやこの山型に合わせて突出させられたチップ９…の摩耗に対して、補助チップ３２…や上記長手方向に該補助チップ３２，３２間に配置されるチップ９の摩耗の進行が遅れ、チップ９…の摩耗によって掘削に関与するチップ９…を確実に増大させて掘削効率の向上を図ることが困難となるおそれが生じるからである。従って、この補助チップ３２の硬度は、本実施形態のようにチップ９と略同等からＨＲＡ８程度低い範囲までに設定されるのが望ましい。また、この第３の実施形態と上記第２の実施形態とを組み合わせて、後退傾斜した側面３ｂに補助チップ３２を埋設するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軟質層から中硬岩層の掘削の際には、掘削ビットの山型に形成されたビット本体先端面の頂部側のチップによって掘削が行われるため、このビット本体に植設されたすべてのチップが摩耗してしまうのを防ぐことができる一方、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された既設の埋設物の掘削を行う場合においては、上記先端面およびチップが上記山型の頂部側から麓部分側に摩耗するのに伴い掘削に関与するチップが増加するので効率的な掘削を行うことができ、このような軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリートから形成された埋設物の掘削とを確実に連続的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の掘削ビット１およびホルダ５を先端側から見た平面図である。
【図２】図１に示す実施形態の掘削ビット１およびホルダ５の側面図である。
【図３】図１におけるＺＺ断面図である。
【図４】図１に示す実施形態の掘削ビット１を取り付けたカッタリング４の一部を先端側から見た平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の掘削ビット２１およびホルダ５を示す図１におけるＺＺ断面図に相当する断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の掘削ビット３１およびホルダ５を先端側から見た平面図である。
【図７】図６に示す実施形態の掘削ビット３１およびホルダ５の側面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１ 掘削ビット
２ ビット本体
３ 刃部
３ａ 刃部３の先端面（ビット本体２の先端面）
３ｂ 刃部３の側面（ビット本体２の側面）
４ カッタリング
５ ホルダ
６ 取付部
９ チップ
１０ 取付凹部
３２ 補助チップ
θ ビット本体２の先端面３ａの傾斜角
α ビット本体２の側面３ｂの後退角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられて掘削作業に供される掘削ビットに係わり、特に軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材あるいは鋼材および無筋コンクリート等の埋設物の掘削とを連続的に行う場合に用いて好適な掘削ビットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットとしては、例えば特開昭５３−８２６０１号公報において、超硬合金製の軸状のチップの周りに溶接肉盛りや鋳込み法、粉末冶金法などによって軟質合金材よりなる合金マトリックスを囲繞固結してビット本体を形成したものが提案されており、この掘削ビットは上記公報では、岩芯（コア）採取用の円筒状のカッタリングの先端に取り付けられて、該カッタリングをその軸線回りに回転させつつ該軸線方向に前進させることにより、岩石のボーリングに使用されている。なお、この掘削ビットにおいて上記チップはカッタリングの上記軸線に平行に配設されるとともに、該チップの先端および上記ビット本体の先端面は、その上記軸線を含む断面における形状がカッタリングの周方向に亙って均一な形状とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、例えば既設の下水道本管のシールドトンネルのような地中に埋設された埋設物に、シールド掘削機によって掘削された枝孔を直接接続する掘削工法が研究されている。そして、このような掘削工法においては、シールド掘削機によって上記埋設物に近接する位置まで枝孔を掘削した上で、上述のような掘削ビットを取り付けたカッタリングをシールド掘削機の先端から回転させつつ前進させることにより、この枝孔を上記埋設物に貫通させて接続することが検討されている。
【０００４】
しかしながら、このような掘削工法では、上記枝孔と埋設物との間に残された軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリートから形成された上記シールドトンネル等の埋設物の壁部の掘削とが連続して行われるため、上記掘削ビットにおいては、岩層の掘削によってチップの先端がビット本体の先端面全体に亙って摩耗した後に、上記埋設物壁部の掘削が行われることとなる。このため、この埋設物の掘削において掘削効率が著しく劣化してしまうことが避けられず、場合によっては枝孔の接続自体が困難となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、特に上述のような軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された埋設物の掘削とを確実に連続して行うことが可能な掘削ビットを提供することを目的としている。
【０００６】
【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、まず本発明では、軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットであって、上記カッタリングの回転方向に沿って先端側に凸となる山型をなす先端面を備えたビット本体に、該ビット本体よりも硬質の複数のチップを、その先端を上記ビット本体の先端面に沿って山型をなすように突出させて植設している。
【０００７】
従って、このような掘削ビットでは、上記軟質層から中硬岩層に対しては先端側に突出する山型のビット本体先端面の頂部周辺に植設されたチップによって専ら掘削が行われる一方、上記既設シールドトンネルの壁部のような埋設物を掘削する場合においては、この頂部周辺のチップおよびビット本体先端面が摩耗するのに伴い、上記山型の麓部分に植設された摩耗していないチップが順次掘削に関与することとなって掘削効率が確保されるため、このような埋設物に対しても確実に連続して掘削を行うことが可能となる。
【０００８】
そして、このような構成を採用した上で、本発明では第１に、上記ビット本体の先端面がなす山型の斜面が上記軸線に直交する平面に対してなす傾斜角は３°〜１２°の範囲に設定されている。これは、この傾斜角が３°を下回るほど小さいと、ビット本体の先端面がなす山型の斜面がなだらかになりすぎ、カッタリングの先端側への送り量によっては軟質層から中硬岩層の掘削においても上記山型の麓部分のチップが掘削に関与して摩耗してしまうおそれがあり、逆に上記傾斜角が１２°を上回るほど大きいと上記山型の斜面が急になりすぎ、埋設物の掘削により頂部側のチップが摩耗して麓側のチップが掘削に関与するまでが長くなって、この間の掘削効率が損なわれるおそれがあるからである。
【０００９】
一方、このような掘削ビットを先端に取り付けたカッタリングによる掘削においては、上述のように掘削ビットのビット本体先端面が掘削に伴って摩耗するのと同時に、該掘削ビットによって形成される環状の溝の周壁面に摺接することにより、ビット本体の側面も摩耗してしまう。しかも、この側面の摩耗はビット本体の先端側から進行するため、掘削に伴いビット本体はカッタリングの軸線を含む断面において先細りのクサビ形状となり、そのような掘削ビットを取り付けたカッタリングを回転させつつ前進させて掘削を行おうとすると、岩層や埋設物にクサビが打ち込まれるような状態となるので、摩擦抵抗が大きくなってカッタリングの回転トルクが増大するとともに、掘削時に生成された切屑の排出が困難となるという問題が生じる。
【００１０】
そこで、このような問題が生じるのを避けるため、本発明では第２に、上記カッタリングの内周側または外周側を向く上記ビット本体の側面を、後端側に向かうに従い漸次後退する傾斜面状に形成しており、これにより上記環状溝の周壁面とビット本体の側面との間に間隙が画成されるので、摩擦抵抗の増大を抑えることができるとともに、この間隙を介して切屑を容易に排出することができる。
【００１１】
なお、このようにビット本体の側面を後退させた場合において、その後退角度は２°〜１２°の範囲に設定されるのが望ましく、この後退角度が２°を下回るほど小さいと上記間隙も小さくなりすぎて摩擦抵抗の抑制や切屑の円滑な排出を十分に図ることが困難となるおそれがある一方、逆に上記後退角度が１２°を上回るほど大きいと、このビット本体の後退した側面と先端面との交差角が小さくなって欠損が生じたり、カッタリングの軸線に平行にはこの側面側に十分な深さまでチップを植設できなくなったり、たとえ該側面に沿ってチップを植設したとしても、摩耗によってチップ先端面と該側面側の周面との交差角が小さくなるため、やはり欠損が生じたりするおそれがある。
【００１２】
また、上述したビット本体の側面の摩耗が進行すると、このビット本体に植設されたチップの脱落を招くという問題も生じる。そこで、このような問題を解消するため、本発明では第３に、上記カッタリングの内周側または外周側を向く上記ビット本体の側面に、該ビット本体よりも硬質の補助チップを埋設しており、このような構成を採ることにより、この補助チップによってビット本体の上記側面がクサビ状に摩耗すること自体が防止されるため、摩擦抵抗の増大を抑えることができるとともに、良好な切屑排出性を維持することが可能となる。
【００１３】
ただし、この補助チップにおいては、その硬度が、上記チップと同等か、もしくは該チップよりもＨＲＡ８低い硬度までの範囲に設定されるのが望ましく、これよりも補助チップの硬度が低いとビット本体の上記側面の摩耗を確実に防止することができなくなるおそれがある一方、補助チップの硬度が上記チップよりも高くなると、補助チップが埋設された上記側面側におけるビット本体の先端面やチップの摩耗が抑制されてしまい、上記埋設物の掘削の際に上記山型の麓側のチップを確実に掘削に関与せしめることができなくなるおそれがある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は本発明の第１の実施形態の掘削ビット１を示すものである。本実施形態の掘削ビット１は、そのビット本体２が黄銅等の軟質合金または軟鋼によって形成されたものであり、このビット本体２の先端側には、この先端側から見た平面視において図１に示すように概略長方形状をなす刃部３が形成されるとともに、該ビット本体２の後端側は、この刃部３の先端面３ａが上記平面視においてなす直方形の幅方向（図１における上下方向。図３においては左右方向）に段違いにずらされるように形成されていて、当該掘削ビット１を図４に示されるようなカッタリング４の先端部に接合されたホルダ５に取り付けるための取付部６とされている。
【００１５】
ここで、この取付部６は、該取付部６が刃部３に対して上記幅方向にずらされた側（図１において上側）の部分が上記平面視において略等脚台形状をなすように形成されていて、このずらされた側に向かうに従い互いに接近する側面６ａ，６ａを備えているとともに、この部分には、該取付部６をその底面６ｂに垂直に貫通する一対の取付孔７，７が、刃部３が上記平面視になす長方形の長手方向（図１、図２における左右方向。）に並ぶように互いに平行に形成されている。また、この長手方向を向く取付部６の両側面には、該側面から突出するように一対の鍔部８，８が形成されている。
【００１６】
一方、刃部３には、円柱軸状をなす複数のチップ９…がその先端を刃部３の上記先端面３ａから突出させて植設されている。これらのチップ９…は、超硬合金やセラミックス等の硬質材料より形成されていて、その硬度が上記ビット本体２よりもＨＳ５０〜８０程度高く設定されており、それぞれ上記取付部６の底面６ｂに対して垂直な方向に、すなわち互いに平行に取り付けられている。また、これらのチップ９…は、上記平面視において刃部３の先端面３ａに、上記長手方向に等間隔で並ぶ複数の列（本実施形態では７列）をなすとともに、各列においてもチップ９…が上記幅方向に等間隔をなすように千鳥状に配列されており、しかもこのうち少なくとも上記長手方向の中央部に配設される複数の列においては、１の列において上記幅方向に隣接するチップ９，９同士の間に、この１の列に隣接する列のチップ９が、上記１の列のチップ９，９と上記幅方向に重なり合うようにして配置されている。
【００１７】
そして、この刃部３の先端面３ａは、上記長手方向において対称にその両端から中央部に向かうに従い漸次先端側に突出する山型をなすように形成されるとともに、各チップ９…の先端は、この先端面から等しい突出量で僅かに突出して、上記先端面３ａがなす山型に沿ってやはり山型をなすように配設されている。ただし、本実施形態では、上記チップ９…がなす列のうち長手方向中央に位置する列の部分においてこの先端面３ａは取付部６の底面６ｂに平行な平坦面となるように形成されるとともに、この平坦面から上記長手方向両端側に向けて後端側に向かう山型の先端面３ａの麓部分は一定の傾斜角θで傾斜するように形成されており、従ってこの先端面３ａは上記平坦面を頂部とする等脚台形状の山型を呈することとなる。さらに、上記傾斜角θは、本実施形態では３°〜１２°の範囲に設定されている。なお、本実施形態では、刃部３の取付部６に対してずらされた側の側面３ｂは、取付部６の底面６ｂに垂直な方向に形成されている。
【００１８】
このような掘削ビット１が取り付けられる上記ホルダ５は、ビット本体２より高硬度の鋼材などによって厚肉の概略平板状に形成されており、円筒状をなす上記カッタリング４の先端部に周方向に等間隔に形成された複数の凹所４ａ…に、その先端面５ａを先端側に向けるとともに側面５ｂ，５ｃのうち一方をカッタリング４の内周側に向け、他方を外周側に向けて取り付けられている。ここで、このホルダ５には、上記取付部６が嵌挿される取付凹部１０が上記先端面５ａに開口して側面５ｂ，５ｃ間を貫くように形成されており、このうち側面５ｂ側においてこの取付凹部１０には、掘削ビット１の取付部６の上記側面６ａ，６ａがなす角度と等しい挟角で該側面５ｂ側に向かうに従い互いに接近する壁面１０ａ，１０ａが形成されるとともに、その底面１０ｂには上記側面６ａ，６ａを壁面１０ａ，１０ａに当接させた状態で上記取付孔７，７と同軸となるように取付ネジ孔１１，１１が形成される一方、この取付凹部１０の側面５ｃ側には、掘削ビット１の取付部６の上記鍔部８，８が嵌合可能な凹部１２，１２が底面１０ｂ側に形成されている。
【００１９】
しかして、このように構成されたホルダ５に上記掘削ビット１は、ホルダ５の側面５ｃ側から上記側面６ａ，６ａを前向きにしてその取付部６を上記取付凹部１０に嵌挿させ、これら側面６ａ，６ａを取付凹部１０の壁面１０ａ，１０ａに当接させるとともに上記底面６ｂを取付凹部１０の底面１０ｂに密着させ、かつ鍔部８，８を凹部１２，１２に嵌合させた状態で、上記取付孔７，７に挿通した図示されない一対の取付ボルトを上記取付ネジ孔１１，１１にねじ込むことにより、上記刃部３をホルダ５の上記先端面５ａから突出させて取り付けられる。従って、この掘削ビット１は、その刃部３の上記長手方向をカッタリング４の周方向に沿わせるとともに、上記幅方向をカッタリング４の径方向に向けて取り付けられ、さらに取付部６の底面６ｂおよび刃部３の先端面３ａの頂部の上記平坦面がカッタリング４の軸線に直交する方向に配置される。
【００２０】
また、このように上記取付凹部１０に嵌挿されて取り付けられた状態で、掘削ビット１の取付部６の上記側面６ａ，６ａ間に位置する側面６ｃとこの側面６ｃとは反対側の側面６ｄは、ホルダ５の上記側面５ｂと側面５ｃにそれぞれ面一となるようにされており、従って上述のようにこの取付部６と刃部３とが段違いにずらされていることにより、掘削ビット１の刃部３は、その上記側面３ｂが上記平面視にホルダ５の上記側面５ｃに対して上記幅方向に一段突出するように配設される。一方、上記カッタリング４の複数の上記凹所４ａ…に取り付けられる上記ホルダ５…は、該カッタリング４の周方向に隣接するホルダ５，５同士がその側面５ｂ，５ｃをカッタリング４の内周側と外周側とに互い違いに向けるようにして配設されており、従って該ホルダ５…に取り付けられる掘削ビット１…も、その刃部３の上記側面３ｂがカッタリング４の内周側と外周側とに交互に突出するように配設される。ただし、これらの内外周に交互に突出する掘削ビット１…の刃部３…の先端面３ａにおいては、カッタリング４の回転に伴う互いのチップ９…の回転軌跡が、該カッタリング４の径方向中央部でオーバーラップするようになされている。
【００２１】
しかるに、このようにホルダ５を介してカッタリング４の先端に取り付けられた掘削ビット１…は、このカッタリング２が上述のようにシールド掘削機の先端からその中心軸線回りに周方向に回転されつつ該軸線方向に前進させられることにより、その刃部３によって上述のように軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された既設シールドトンネル等の埋設物の掘削とを連続して行うのに使用される。従って、ビット本体２の刃部３の先端面３ａは上記カッタリング４の回転方向に沿って先端側に凸となる山型を呈することとなり、またこの刃部３に植設されたチップ９…も、その先端を上記先端面３ａに沿って回転方向に山型をなすように突出させて回転させられるため、上記構成の掘削ビット１では、軟質層から中硬岩層のように比較的柔らかい岩層を掘削するときには、これらのチップ９…のうち最も先端側に突出する上記山型の頂部に植設されたチップ９…が専ら掘削に供され、他のチップ９がこの岩層の掘削によって摩耗するのを避けることができる。
【００２２】
その一方で、これら掘削ビット１…が上記既設シールドトンネル等に達して鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材と無筋コンクリートのような埋設物を掘削する際には、最も先端側に突出する上記山型の頂部に植設された列のチップ９…が摩耗するのに伴い、この列の上記長手方向に隣接する列のチップ９…が同じ高さとなって摩耗した頂部の列のチップ９…とともに掘削に供され、これらのチップ９…が摩耗すると、さらにその上記長手方向に隣接する列のチップ９…が掘削に供されることとなる。すなわち、上記構成の掘削ビット１によれば、上述のような埋設物に対しては、このようにチップ９…が摩耗してゆくことにより、ビット本体２の刃部３の先端面３ａがなす山型の麓部分に植設されたチップ９…が順次掘削に関与することとなって、掘削効率が損なわれるようなことがないばかりか、むしろ摩耗するほど高い掘削効率を確保することができ、従って上述のような掘削工法における軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された埋設物の掘削とを、確実に連続して行うことが可能となる。
【００２３】
ここで、本実施形態では、このビット本体２の刃部３の先端面３ａがなす山型の麓部分が一定の傾斜角θで傾斜するように形成されており、この傾斜角θが３°〜１２°の範囲となるようにされているが、この傾斜角θが３°を下回るほど小さいとこの先端面３ａがなす山型がなだらかとなりすぎ、該先端面３ａに沿うように山型に配置されるチップ９…の段差も小さくなりすぎて、カッタリング４の先端側への送り量が大きい場合には、上記軟質層から中硬岩層の掘削においても山型の麓部分のチップ９…が掘削に供されて摩耗してしまうおそれがある。一方、これとは逆に上記傾斜角θが１２°を上回るほど大きいと、上記先端面３ａがなす山型の傾斜が急になりすぎ、従ってこの先端面に沿って山型に配置されるチップ９…の段差も大きくなって、該山型の頂部側に配設されるチップ９が摩耗して麓側のチップ９が掘削に関与するまでの間隔が長くなりすぎ、この間の掘削効率の向上が望めなくなるおそれがある。従って、上記傾斜角θは本実施形態のように３°〜１２°の範囲に設定されるのが望ましい。
【００２４】
なお、本実施形態では、このようにビット本体２の刃部３の先端面３ａが一定の傾斜角θで傾斜する山型に形成されているが、例えばこの先端面３ａをカッタリング４の回転方向に向けて先端側に向けて凸となる円筒面状に形成するなどして、この傾斜角θが変化するようにしてもよい。また、本実施形態ではこの先端面３ａがなす山型の頂部に形成される上記平坦面に、１列の上記チップ９…が配列されているが、軟質層から中硬岩層における掘削効率を向上させるためにこの平坦面に２列あるいはそれ以上のチップ９…を配設するようにしてもよい。さらに、本実施形態では上記先端面３ａが、カッタリング４の回転方向に沿って対称な形状で先端側に突出した後、後退する１つの山型をなすように形成されているが、例えばこの山型の頂部がカッタリング４の回転方向側やこの回転方向の後方側に偏った位置にあってもよく、また先端面３ａに２以上の山型が形成されていてもよい。
【００２５】
さらにまた、本実施形態では、このチップ９がビット本体２よりも硬質であって、掘削によるチップ９の摩耗よりもビット本体２の先端面３ａの摩耗が促進されやすく、このためチップ９が先端面３ａに埋没することなく掘削効率を確実に確保することができるとともに、チップ９…間に先端面３ａの摩耗による間隔があけられるため、切屑の排出が容易であるという効果も得られる。ただし、このチップ９とビット本体２との硬度差が小さすぎるとこのような効果が十分ではなく、逆に硬度差が大きすぎると、ビット本体２の摩耗が著しくなってチップ９の脱落を招いたりするおそれがあるため望ましくない。このため、このチップ９に対するビット本体２の硬度差は、本実施形態のようにＨＳ５０〜８０の範囲に設定されるのが望ましい。
【００２６】
一方、本実施形態ではビット本体２の上記刃部３と取付部６とがずらされて形成されていて、このような掘削ビット１がカッタリング４の先端に、上記刃部３の側面３ｂを内周側と外周側とに交互に突出させ、かつ先端面３ａのチップ９…の回転軌跡がオーバーラップするように取り付けられている。このため、上記実施形態の掘削ビット１を装着したカッタリング４においては、個々の掘削ビット１に作用する負荷の低減を図ってその寿命の延長を促しつつも、カッタリング４の厚さ以上の掘削幅を確保することができ、カッタリング４の内外周面が掘削ビット１…によって形成された環状溝に摺接してカッタリング４の回転トルクが増大するような事態を防止することができる。しかも、このように刃部３をカッタリング４の内外周側に突出させた場合、ビット本体２には刃部３が突出する側とは反対側に掘削負荷が作用することとなるが、これに対して本実施形態では、この掘削負荷が作用する側に向けて互いに接近する側面６ａ，６ａが上記取付部６に形成されていて、これらの側面６ａ，６ａがホルダ５の壁面１０ａ，１０ａに当接させられてビット本体２が取り付けられているので、かかる掘削負荷に対しても十分な取付剛性を確保することが可能である。
【００２７】
次に、図５は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、上記第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。すなわち、この第２の実施形態においては、その掘削ビット２１のビット本体２における刃部３の取付部６に対してずらされた側の上記側面３ｂ、すなわち当該掘削ビット２１を上記カッタリング４の先端に取り付けた状態においてこのカッタリング４の内周側または外周側を向いて突出するビット本体２の側面３ｂが、上記先端面３ａから後端側に向かうに従い上記幅方向に漸次後退する傾斜面状に形成されていることを特徴としており、この側面３ｂが後退しつつ傾斜する後退角度αは、本実施形態では２°〜１２°の範囲に設定されている。また、本実施形態では、このように側面３ｂが後退傾斜させられているのに伴い、刃部３に植設される上記チップ９…も、最も側面３ｂ側に植設されるチップ９が上記後退角度αと等しい角度で傾斜させられるとともに、このチップ９と同じ列における次のチップ９は上記後退角度αの略半分の傾斜角で傾斜させられている。
【００２８】
しかるに、このように構成された掘削ビット２１では、該掘削ビット２１を装着した上記カッタリング４において、この掘削ビット２１により形成される環状溝の周壁面とこの周壁面に対向するビット本体２の上記側面３ｂとの間に、後端側に向けて漸次大きくなる間隙が画成されることとなり、この側面３ｂが上記周壁面に摺接することによる摩擦抵抗の低減を図ることができて、当該カッタリング４の回転トルクを一層軽減することができるとともに、掘削時に生成される切屑をこの間隙を介して容易に排出することが可能となる。しかも、本実施形態では、この傾斜した側面３ｂ側のチップ９…が、該側面３ｂの傾斜に合わせて後退傾斜するように植設されているので、掘削によって刃部３の側面３ｂ側に摩耗が生じても、硬質のチップ９…の側面が露出したところでこの摩耗が進行するのを抑制して上記間隙を確保することができ、従ってより長期に渡って上述の摩擦抵抗の低減や良好な切屑排出性を図ることが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態ではこの側面３ｂの後退角度αを２°〜１２°の範囲に設定しているが、これは、この後退角度αが２°を下回るほど該側面３ｂの傾斜が小さくなりすぎると、刃部３によって形成される上記環状溝の周壁面との間の上記間隙も小さくなり、この周壁面と側面３ｂとの摩擦抵抗を十分に抑制することができなくなったり、良好な切屑の排出性が損なわれたりするおそれがあるからである。その一方で、この後退角度αが１２°を上回るほど大きいと、刃部３の上記先端面３ａとこの側面３ｂとの交差角が小さくなりすぎて、この交差部分に欠損が生じやすくなったり、第１の実施形態のようにチップ９…をビット本体２の底面６ｂに垂直に植設できなかったり、また本実施形態のように該側面３ｂに沿ってチップ９を後退傾斜させても、該チップ９の先端面と側面３ｂ側の周面との交差角が小さくなってやはり欠損等が生じたりするおそれがある。このため、上記後退角度αは、本実施形態のように２°〜１２°の範囲に設定されるのが望ましい。
【００３０】
さらに、図６および図７は本発明の第３の実施形態を示すものであり、この第３の実施形態の掘削ビット３１では、該掘削ビット３１を上記カッタリング４に取り付けた状態においてこのカッタリング４の内周側または外周側を向いて突出するビット本体２の刃部３の側面３ｂに、該ビット本体２よりも硬質の補助チップ３２…を埋設したことを特徴としている。ここで、上記補助チップ３２…は、断面略等脚台形をなす軸状に形成されていて、千鳥状に配設された上記チップ９…の列のうち上記側面３ｂとの間に間隔があけられる列の当該間隔部分の先端面３ａ側に、ビット本体２の上記底面６ｂに垂直に、かつ上記等脚台形の幅狭となる辺側を側面３ｂ側に向け、しかも上記幅方向において最も側面３ｂ側のチップ９と略同位置か、もしくは側面３ｂ側に位置するように植設させられている。また、この補助チップ３２の硬度は、チップ９と略同等か、該チップ９の硬度よりもＨＲＡ８低い硬度までの範囲に設定されている。なお、この第３の実施形態において上記側面３ｂおよびチップ９…は、第１の実施形態と同様にビット本体２の上記底面６ｂに垂直な方向に配設されている。
【００３１】
しかるに、このように構成された第３の実施形態においては、上述のように刃部３によって形成された環状溝の周壁面との摺接によって上記側面３ｂが摩耗すると、この側面３ｂ側に植設された補助チップ３２…が露出してそれ以上の刃部３の摩耗が抑制されるので、この摩耗により側面３ｂが先細りのクサビ状に摩耗してしまうのを防いで摩擦抵抗の増大や切屑排出性の劣化を抑制することができるとともに、かかる摩耗が促進されてチップ９が脱落してしまうような事態をも防止することが可能となる。また、特に本実施形態では上記補助チップ３２が断面等脚台形状に形成されていて、その幅狭となる辺側を側面３ｂ側に向けて植設されているので、側面３ｂがある程度摩耗して補助チップ３２が露出してもこの補助チップ３２自体が脱落してしまうようなこともなく、より確実に摩耗の進行を抑えてチップ９の脱落を防止することができる。
【００３２】
なお、本実施形態ではこの補助チップ３２の硬度を、上記チップ９の硬度と略同等か、ＨＲＡ８程度低い範囲までに設定しているが、これは、補助チップ３２の硬度がこの範囲よりも低い硬度であると、側面３ｂ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、逆に補助チップ３２の硬度がチップ９の硬度を上回るほど高いと、特に上記既設の埋設物の掘削の際に、山型に形成された刃部３の先端面３ａやこの山型に合わせて突出させられたチップ９…の摩耗に対して、補助チップ３２…や上記長手方向に該補助チップ３２，３２間に配置されるチップ９の摩耗の進行が遅れ、チップ９…の摩耗によって掘削に関与するチップ９…を確実に増大させて掘削効率の向上を図ることが困難となるおそれが生じるからである。従って、この補助チップ３２の硬度は、本実施形態のようにチップ９と略同等からＨＲＡ８程度低い範囲までに設定されるのが望ましい。また、この第３の実施形態と上記第２の実施形態とを組み合わせて、後退傾斜した側面３ｂに補助チップ３２を埋設するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軟質層から中硬岩層の掘削の際には、掘削ビットの山型に形成されたビット本体先端面の頂部側のチップによって掘削が行われるため、このビット本体に植設されたすべてのチップが摩耗してしまうのを防ぐことができる一方、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリート等から形成された既設の埋設物の掘削を行う場合においては、上記先端面およびチップが上記山型の頂部側から麓部分側に摩耗するのに伴い掘削に関与するチップが増加するので効率的な掘削を行うことができ、このような軟質層から中硬岩層の掘削と、鉄筋コンクリートや鋼材、あるいは鋼材および無筋コンクリートから形成された埋設物の掘削とを確実に連続的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の掘削ビット１およびホルダ５を先端側から見た平面図である。
【図２】図１に示す実施形態の掘削ビット１およびホルダ５の側面図である。
【図３】図１におけるＺＺ断面図である。
【図４】図１に示す実施形態の掘削ビット１を取り付けたカッタリング４の一部を先端側から見た平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の掘削ビット２１およびホルダ５を示す図１におけるＺＺ断面図に相当する断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の掘削ビット３１およびホルダ５を先端側から見た平面図である。
【図７】図６に示す実施形態の掘削ビット３１およびホルダ５の側面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１ 掘削ビット
２ ビット本体
３ 刃部
３ａ 刃部３の先端面（ビット本体２の先端面）
３ｂ 刃部３の側面（ビット本体２の側面）
４ カッタリング
５ ホルダ
６ 取付部
９ チップ
１０ 取付凹部
３２ 補助チップ
θ ビット本体２の先端面３ａの傾斜角
α ビット本体２の側面３ｂの後退角度
Claims (5)
- 軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットであって、上記カッタリングの回転方向に沿って先端側に凸となる山型をなす先端面を備えたビット本体に、該ビット本体よりも硬質の複数のチップが、その先端を上記ビット本体の先端面に沿って山型をなすように突出させて植設されており、上記ビット本体の先端面がなす山型の斜面が上記軸線に直交する平面に対してなす傾斜角が３°〜１２°の範囲に設定されていることを特徴とする掘削ビット。
- 軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットであって、上記カッタリングの回転方向に沿って先端側に凸となる山型をなす先端面を備えたビット本体に、該ビット本体よりも硬質の複数のチップが、その先端を上記ビット本体の先端面に沿って山型をなすように突出させて植設されており、上記カッタリングの内周側または外周側を向く上記ビット本体の側面が、後端側に向かうに従い漸次後退する傾斜面状に形成されていることを特徴とする掘削ビット。
- 上記側面の後退角度が２°〜１２°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の掘削ビット。
- 軸線回りに回転されるカッタリングの先端に取り付けられる掘削ビットであって、上記カッタリングの回転方向に沿って先端側に凸となる山型をなす先端面を備えたビット本体に、該ビット本体よりも硬質の複数のチップが、その先端を上記ビット本体の先端面に沿って山型をなすように突出させて植設されており、上記カッタリングの内周側または外周側を向く上記ビット本体の側面には、該ビット本体よりも硬質の補助チップが埋設されていることを特徴とする掘削ビット。
- 上記補助チップの硬度が、上記チップと同等か、もしくは該チップよりもＨＲＡ８低い硬度までの範囲に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の掘削ビット。
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