JP3780940B2 - 掘削カッタービット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削に適用される地中掘削機用の掘削カッタービットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の掘削カッタービットは、耐磨耗性、耐衝撃性に優れた超硬合金等で形成されたチップと、チップを保持するための台金とで構成されている。該チップは、チップの先端部が台金の先端面から突出し、台金の先端面に沿うように、先端部から基端部に向けて、一箇所に一本ずつ台金に植設されている。該台金は、基部が掘削機に固定されるように構成されている。また、掘削カッタービットには、一つの台金に対し単数もしくは複数本のチップが植設されたものや、角柱状もしくは板状のチップが植設されたものなど、数多くの種類が考案されている。
【０００３】
このような掘削カッタービットは、各種掘削機の先端に取り付けられて、チップ先端部を地盤に食い込ませ、掘削作業に供される。そして、磨耗や欠損などにより掘削カッタービットの掘削性能が低下すると、掘削機の先端から掘削カッタービットを取り替える必要がある。このため、作業効率を良くするためにも、長時間使用することができる掘削カッタービットが必要とされてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記掘削カッタービットは、掘削すべき地盤の中が、例えば硬岩層が展開していたり礫や玉石が埋没していたりして、部分的に硬質な層が存在していると、チップに割れが生じて、チップが欠損し脱落してしまい、掘削性能が低下してしまうという問題があった。そして、チップ先端部の欠損した箇所から割れが進行し、終にはチップ全体が台金から脱落してしまうという問題があった。さらに、このようにチップ全体が脱落した場合、脱落したチップが健全なチップに衝突し、健全なチップが割れ、欠損してしまうという問題があった。
【０００５】
また、チップが台金にロウ付けによって植設されている場合、ロウ付け後に残留応力が発生し、角柱状もしくは板状のチップをロウ付けした場合には、チップに発生する残留応力によりチップが割れやすくなるという問題があった。また、台金はチップに比べ軟質であるため、掘削カッタービット側面の台金が地盤と当接した場合、掘削カッタービット側面の台金が磨耗してしまうので、掘削カッタービット側面の耐磨耗性能が低いという問題があった。上述したような諸問題により、掘削カッタービットの寿命が短くなり、カッタービットを取り替える作業が多くなることで、作業効率が悪くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、上述したような構成の掘削カッタービットにおいて、掘削性能を長時間維持でき、チップ先端部の欠損によりチップ全体が脱落することがなく、脱落したチップが健全なチップに与える影響を低減させ、ロウ付け後の残留応力による影響を低減させ、掘削カッタービット側面の耐磨耗性を向上させることにより、掘削カッタービットの寿命を長くし、作業効率を向上させることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る掘削カッタービットは、掘削機の先端に取り付けられる台金と、該台金の先端面に先端部が突出するように植設された硬質のチップとを備えた掘削カッタービットにおいて、該チップは先端部から基端部に向けて、複数段に植設されるとともに、前記チップの先端面と基端面が凸形状もしくは凹形状に形成され、先段と次段のチップが先端面と基端面をお互いに組み合わされていることを特徴とする。
【０００８】
この掘削カッタービットによれば、チップが先端部から基端部に向けて、複数段に植設されているので、掘削中に先端段のチップが欠損し脱落しても、台金が磨耗すると次段のチップの先端部が台金の先端面より突出され、掘削することができ、掘削性能を維持することができる。また、先端段のチップが欠損し割れが生じても、次段のチップに割れが進行することはなく、次段以下のチップが先端段のチップの欠損により脱落することがない。また、このようにチップ全体が脱落することがなく一段ずつ脱落するので、脱落したチップが健全なチップに与える影響は少ない。
【０００９】
さらに、この掘削カッタービットは、該チップの先端面と基端面が凸形状もしくは凹形状に形成され、先段と次段のチップが先端面と基端面をお互いに組み合わされるように植設されているので、先段のチップが脱落し、次段のチップの先端部が台金より突出するまでの時間が、先端面と下端面が平面状である場合と比べ短時間になるか、先段のチップが脱落したときに、すでに次段のチップの先端面が台金の先端面と同面上にあり、連続して掘削することができるので、より良い掘削性能を維持することができる。
【００１０】
また、この掘削カッタービットは、該チップが圧入されることで、該台金に植設されていることを特徴とする。これにより、ロウ付けされることでチップが該台金に植設される場合に生ずる残留応力の影響が少ないため、残留応力によりチップが欠損することなく掘削することができる。
【００１１】
また、この掘削カッタービットは、該チップがロウ付けされることで、該台金に植設されていることを特徴とする。これにより、圧入されることでチップが台金に植設されている場合と比べ、より強くチップを台金に植設することができ、チップの脱落を防止できるので、掘削性能を維持することができる。
【００１２】
このようにチップをロウ付けされた掘削カッタービットにおいては、該チップが円柱状になっていることを特徴とする。これにより、角柱状もしくは板状のチップと比べ、残留応力による影響を少なくすることができる。
【００１３】
そして、この掘削カッタービット側面の台金より、該チップの側面の一部が突出するように植設されていることを特徴とする。これにより、掘削カッタービット側面が地盤と当接する場合、台金より先にチップの側面が地盤と当接することで、台金の磨耗が低減され掘削カッタービット側面の耐磨耗性能を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。図１から図３は、チップの先端面と基端面が平面状に形成されている、本発明の第１の実施の形態である。図４から図６は、チップの先端面が凸面、基端面が凹面に形成されている本発明の第２の実施の形態である。以下の説明において、複数段に植設されているチップの各チップをチップ２、５と符号を付すが、この説明における４段のチップ２、５を区別するために、各段のチップにａ〜ｄのアルファベットを付し、最上段のチップ２、５をチップ２ａ、５ａとし、以下順に２ｂ、５ｂ、２ｃ、５ｃ、として、最下段のチップ２、５をチップ２ｄ、５ｄとする。
【００１５】
図１から図３に示す第１の実施の形態において、掘削カッタービット１は、耐磨耗性、耐衝撃性に優れた超硬合金等で形成されたチップ２と、このチップ２よりも軟質な鋼材などから形成されて、チップ２を保持するための台金３とで構成されている。チップ２は、互いに同径同大の短円柱状をしており、最上段のチップ２ａから最下段の２ｄまで上記円柱の中心線を同軸にして、各チップ２の円形をなす基端面と先端面とをロウ付けされ、長尺状とされた状態で、台金３の先端部から基端部に向けて植設されている。そして、互いに同じ長さとされたこのような長尺状のチップ２が、複数、互いの上記中心線を平行にし、最上段のチップ２ａの先端部が台金３の先端面３ａから突出し、台金３の先端面３ａに沿うように、かつ、千鳥状に配列されるように、チップ２は植設されている。
【００１６】
台金３は、略板状をしており、先端面３ａは前面から後面に向けて下がる斜面とされており、また、先端面３ａの左右側面付近も各側面に向けて下がる斜面とされている。また、台金３の前面のうち、チップ２が植設されている部分の前面３ｂは、チップ２が植設されていない部分の前面３ｃより一段高く形成されており、台金３の厚さは、チップ２が植設されている先端側が基端側より厚く形成されている。
【００１７】
この実施形態における掘削カッタービット１によって掘削作業を行う場合、掘削カッタービット１は、台金３のチップ２が植設されていない基端部を掘削機の先端に固定され、掘削機に取り付けられる。そして、掘削カッタービット１の台金３の先端面３ａより突出された最上段のチップ２ａの先端部が、地盤に食い込まされ、地盤の掘削作業を行う。
【００１８】
そして、最上段のチップ２ａが欠損し脱落するか、もしくは、台金３の先端面３ａが磨耗し最上段のチップ２ａが脱落した場合においても、さらに掘削作業が続けられて、台金３の先端面３ａが磨耗していくと、次段のチップ２ｂの先端部が磨耗した台金３の先端面３ａより突出するので、チップ２ｂにより掘削作業が行われる。そして、このチップ２ｂが脱落すると、さらに次の段のチップ２ｃが磨耗した台金３の先端面３ａより突出する。このように、掘削カッタービット１は、最下段のチップ２ｄが掘削を行い脱落するまで、掘削性能を維持することができる。
【００１９】
また、最上段のチップ２ａが欠損し割れが生じても、チップ２は複数段に植設されているため、次段のチップ２ｂに割れが進行することはなく、チップ２ａの割れにより、チップ２ａより下段のチップｂ〜ｄが脱落することはない。また、チップ２は分割され複数段に植設されているので、分割されてないチップと比べチップ２は小型であり、チップ２が脱落しても健全なチップ２に与える影響は小さい。
【００２０】
図４から図６に示す第２の実施の形態において、掘削カッタービット４のチップ５は、基本的に先端面が円錐面状のテーパ凸面、基端面が円錐面状のテーパ凹面に形成されており、最上段のチップ５ａの先端面と最下段のチップ５ｄの基端面は平面に形成されている。そして各チップ５は、上記凸面と凹面が密着するようにロウ付けされ、台金６の先端部から基端部に向けて植設されている。掘削カッタービット４の台金６は、掘削カッタービット１の台金３と同じ形状である。
【００２１】
この実施形態における掘削カッタービット４によって掘削作業を行い、最上段のチップ５ａが脱落した場合、掘削カッタービット１と同様に、台金６が磨耗して次段のチップ５ｂの先端部が台金６の先端面６ａより突出する。ここで、チップ５ｂの先端面が凸面に形成されているので、チップ５ａが脱落しチップ５ｂの先端部が突出するまでの時間が、掘削カッタービット１と比べ短くなっている。もしくは、チップ５ａが脱落したとき、チップ５ｂの先端部が台金６の先端面６ａと同じ平面にあり、連続して掘削作業が行われる。
【００２２】
さらに、チップ５の先端面が凸面、基端面が凹面に形成されていることで、先端面と基端面が平面状に形成されている場合より、ロウ付けされる面積が広く、より強力にチップ５同士が接合される。これにより、チップ５が脱落しにくくなり、より長時間掘削に使用される。そして長時間使用されたチップ５は、掘削による磨耗などで小さくなるので、脱落したときに健全なチップ５に与える影響が、より低減される。したがって、掘削カッタービット４は、掘削カッタービット１と比べ、より良い掘削性能を維持することができる。
【００２３】
また、チップ２、５が、圧入されることで台金３、６に植設されている場合、ロウ付けされることで植設されている場合に生じる残留応力の影響が少ないので、チップ２、５には残留応力による欠損が生じない。これにより、掘削カッタービット１、４は、ロウ付けした場合に生じる残留応力の影響なく掘削することができる。
【００２４】
また、チップ２、５が、ロウ付けされることで台金３、６に植設されている場合、圧入されることで植設されている場合と比べ、より強く植設されるので、チップ２、５は脱落しにくくなる。これにより、掘削カッタービット１、４は、チップ２、５の脱落を防止でき掘削性能を維持することができる。
【００２５】
上述したような、チップ２、５をロウ付けにより台金３、６に植設した場合、ロウ付け後に発生する残留応力によってチップ２、５が欠損することが考えられるが、チップ２、５は、円柱状とされているので、角柱状もしくは板状のチップと比べ残留応力による影響が少ない。これにより、角柱状もしくは板状のチップをロウ付けにより植設した掘削カッタービットと比べ、掘削カッタービット１、４は、残留応力による影響を少なくすることができる。
【００２６】
また、掘削カッタービット１、４のチップ２、５は、この掘削カッタービット１、４の側面となる台金３、６の前面３ｂ、６ｂより、チップ２、５の側面の一部が突出するように植設されている。これにより、掘削カッタービット１、４は、台金３、６の前面３ｂ、６ｂより先にチップ２、５の側面が地盤と当接し掘削作業が行われる。これにより、掘削カッタービット１、４は、台金３、６の前面３ｂ、６ｂの磨耗が低減され、掘削カッタービット１、４側面の耐磨耗性能を向上させることができる。また、台金３、６の表面には適宜硬化肉盛が施され、台金自体の耐磨耗性を向上させることができる(図示していない)。
【００２７】
上述したように掘削カッタービット１、４は、掘削性能を長時間維持でき、チップ２、５先端部の欠損によりチップ２、５全体が脱落することがなく、脱落したチップ２、５が健全なチップ２、５に与える影響を低減させ、ロウ付け後の残留応力による影響を低減させ、掘削カッタービット１、４側面の耐磨耗性を向上させることにより、掘削カッタービット１、４の寿命を長くすることができ、作業効率を向上させることができる。
【００２８】
なお、第１の実施の形態においては、円柱状のチップについて説明を行ったが、図７〜９に示す第３の実施形態のような角柱状のチップを複数段に圧入し植設した掘削カッタービットとしても良い。第３の実施形態において、角柱状のチップ７以外の構成は図１〜３に示す第１の実施形態と同一の構成であるので、同一の符号を付し説明を省略する。
【００２９】
また、第１〜３の実施の形態において、シールド工法で使用される掘削カッタービットを用いて説明を行ったが、図１０、１１に示すような形状のシールド工法用の掘削カッタービットに本発明を用いても良く、掘削工具全般について本発明を用いることができる。図１０、１１に示す掘削カッタービット８は、チップ９が台金１０に植設されて構成されている。また、各チップの先端面と基端面をロウ付けした状態で植設する実施の形態について説明したが、各チップが当接された状態で複数段に植設されても良く、当接せずに複数段に植設されても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チップが先端部から基端部に向けて、複数段に植設されているので、掘削性能を長時間維持でき、チップ先端部の欠損によりチップ全体が脱落することがなく、脱落したチップが健全なチップに与える影響を低減させることができる。
【００３１】
さらに、該チップの先端面と基端面が凸形状もしくは凹形状に形成され、先段と次段のチップが先端面と基端面をお互いに組み合わされるように複数段に植設されているので、より良い掘削性能を維持することができる。
【００３２】
また、該チップが圧入されることで、該台金に植設されているので、ロウ付け後の残留応力によりチップが欠損することなく掘削することができる。
【００３３】
また、該チップがロウ付けされることで、該台金に植設されているので、より強くチップを台金に植設することができ、チップの脱落を防止できるので、掘削性能を維持することができる。
【００３４】
このようにチップをロウ付けされた掘削カッタービットにおいては、該チップを円柱状とすることで、ロウ付け後の残留応力による影響を少なくすることができる。
【００３５】
そして、該掘削カッタービット側面の台金より、該チップの側面の一部が突出するようにチップが植設されているので、掘削カッタービット側面の耐磨耗性能を向上させることができる。
【００３６】
したがって、従来のこの種の掘削カッタービットと比較して、本発明の掘削カッタービットは寿命を長くすることができ、作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態における掘削カッタービットの正面図である。
【図２】 図１に示す掘削カッタービットの上面図である。
【図３】 図２におけるＸ−Ｘ線視断面図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態における掘削カッタービットの正面図である。
【図５】 図４に示す掘削カッタービットの上面図である。
【図６】 図５におけるＹ−Ｙ線視断面図である。
【図７】 本発明の第３の実施形態における掘削カッタービットの正面図である。
【図８】 図７に示す掘削カッタービットの上面図である。
【図９】 図８におけるＺ−Ｚ線視断面図である。
【図１０】本発明のシールド工法用掘削カッタービットにおける実施形態の正面図である。
【図１１】図１０に示す掘削カッタービットの側面図である。
【符号の説明】
１ 掘削カッタービット
２ チップ
３ 台金
３ａ 先端面

Claims (6)

1. 掘削機の先端に取り付けられる台金と、該台金の先端面に先端部が突出するように植設された硬質のチップとを備えた掘削カッタービットにおいて、該チップは先端部から基端部に向けて、複数段に植設されるとともに、前記チップの先端面と基端面が凸形状もしくは凹形状に形成され、先段と次段のチップが先端面と基端面をお互いに組み合わされていることを特徴とする掘削カッタービット。
2. 請求項１に記載の掘削カッタービットにおいて、前記チップが圧入されることで、該台金に植設されていることを特徴とする掘削カッタービット。
3. 請求項１に記載の掘削カッタービットにおいて、前記チップがロウ付けされることで、該台金に植設されていることを特徴とする掘削カッタービット。
4. 請求項３に記載の掘削カッタービットにおいて、前記チップが円柱状となっていることを特徴とする掘削カッタービット。
5. 請求項３に記載の掘削カッタービットにおいて、前記チップが円柱状となっていることを特徴とする掘削カッタービット。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の掘削カッタービットにおいて、該掘削カッタービット側面の台金より、該チップの側面の一部が突出するように植設されていることを特徴とする掘削カッタービット。

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