JP4062216B2 - 掘削工具 - Google Patents

Description

本発明は、工具本体の先端面に複数のチップが植設された掘削工具に関する。

一般に、土砂及び岩盤を掘削する穿孔機は、長く伸びるロッドと、このロッドの先端に設けられた掘削工具とから構成されており、ロッドを介して掘削工具に、打撃力と回転力とを与えることにより、地山の土砂及び岩盤等を砕いて掘削を行い、穿孔するものである。従来、この種の穿孔機に用いられる掘削工具としては、各種のものが提供されており、例えば、工具本体の先端部の先端面に複数のチップが植設され、先端部の外周に掘削屑を排出する掘削屑排出溝が形成されたものが提供されている。この掘削工具は、チップの形状が先端部に球面状の頂部を有する略円錐状とされており、このチップが先端側に向けての打撃力と、軸線回りへの回転力とを付与されることにより、地山の土砂及び岩盤を砕くものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−１４１２５９号公報（段落番号０００５、第１図）

ところで、上述した特許文献１記載の掘削工具においては、打撃力と回転力により土砂や岩盤等を砕いて掘削するものであるが、地中に粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料があると、掘削工具が軟質層や木質系材料の弾力性により滑ったり、掘削工具の進行方向が変わったりしてしまうことにより、掘削作業が中断したり、所定の穴を掘削することができなかったりするので、掘削効率が悪いという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、土砂や岩盤等を掘削するとともに、地中に存在している粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料に対しても容易に切断や破砕を行い、掘削効率の向上を図ることができる掘削工具を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、軸線を中心に回転する工具本体の先端部に、その先端面から突出するように複数のチップが植設されるとともに、前記先端部の周面に、該先端部を正面視してＶ字状の掘削屑排出溝が形成された掘削工具であって、前記先端部の先端面と前記掘削屑排出溝の内面とにより形成される稜線のうち前記掘削屑排出溝の回転方向後方に位置する稜線が切刃とされているとともに、前記切刃は、該切刃の前記軸線からの最外周端と該軸線とを結ぶ基準線に対して−１５°〜３０°の角度範囲に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る掘削工具によれば、先端部の先端面と前記掘削屑排出溝の内面との稜線のうち前記掘削屑排出溝の回転方向後方に位置する稜線を切刃とすることにより、土砂及び岩石を掘削しつつ、この土砂や岩石等に存在している粘土等の軟質層や木の根等の木質系材料を容易に切断や破砕することができる。
また、切刃をこの切刃の軸線からの最外周端と軸線とを結ぶ基準線に対して−１５°〜３０°の角度範囲に設定することにより、良好な切れ味が確保されるので、粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料に対しても容易に切断や破砕を行うことができる。即ち、ここで切刃をこの切刃の軸線からの最外周端と軸線とを結ぶ基準線に対して−１５°〜３０°の角度範囲に設定したのは、この角度が−１５°を下回ると、切削抵抗が増大してしまうからであり、また、逆にこの角度が３０°を上回ると、切れ味が低下してしまうからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の掘削工具において、前記掘削屑排出溝のＶ字状の角度が６０°〜１００°の範囲に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る掘削工具によれば、掘削屑排出溝のＶ字状の角度を６０°〜１００°の範囲に設定することにより、掘削した際に生じる土砂及び岩石等の掘削屑を排出するスペースが十分に確保されるので、掘削屑を後方側に排出することができる。したがって、作業効率を向上させることができる。即ち、ここで掘削屑排出溝のＶ字状の角度を６０°〜１００°の範囲に設定したのは、この角度が６０°を下回ると、掘削屑を排出するスペースが十分に確保できなくなるからであり、また、逆にこの角度が１００°を上回ると、工具本体の剛性が低下してしまうからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の掘削工具において、前記先端部の直径Ｄに対して、前記掘削屑排出溝の深さが０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る掘削工具によれば、先端部の直径Ｄに対して、掘削屑排出溝の深さを０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定することにより、良好な切れ味が確保されるとともに、掘削屑を排出するスペースが十分に確保される。したがって、土砂や岩盤等を掘削できるとともに、かつ粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料に対しても容易に切断や破砕を行うことができる。即ち、ここで先端部の直径Ｄに対して、掘削屑排出溝の深さを０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定したのは、掘削屑排出溝の深さが０．２×Ｄを下回ると、掘削屑を排出するスペースが十分に確保できなくなるからであり、また、逆にこの深さが０．４×Ｄを上回ると、工具本体の剛性が低下してしまうからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の掘削工具において、前記切刃のすくい角が−１０°〜１０°の範囲に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る掘削工具によれば、切刃のすくい角を−１０°〜１０°の範囲に設定することにより、良好な切れ味が確保されるとともに、切削抵抗も抑えられるので、地中に粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料に対しても容易に切断や破砕を行うとともに、切刃の欠損を防いで工具寿命の延長を促すことができる。即ち、ここで切刃のすくい角を−１０°〜１０°の範囲に設定したのは、切刃のすくい角が−１０°を下回ると、切れ味が低下するからであり、また逆に、切刃のすくい角が１０°を上回ると、切削抵抗が増大してしまうからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

本発明の掘削工具によれば、掘削屑排出溝に切刃が形成されていることにより、土砂や岩盤等を掘削するとともに、土砂や岩石等に存在している粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料に対しても容易に切断や破砕を行うことができるので、掘削を妨げられることなく、掘削効率の向上を図ることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１及び図２に示すように、掘削工具１は、軸線Ｏを中心として回転方向Ｔに回転する工具本体２を備えており、この工具本体２は、後端側に形成されている軸部３と、先端側に形成されている頭部（先端部）４とから構成されている。図２及び図３に示すように、頭部４の周面５は、先端面６に開口して後端側に延びる幅広で深い掘削屑排出溝７と、幅狭で浅い掘削屑排出溝８とが、周方向に等間隔かつ交互に同数（本実施形態では２つずつ）形成されており、この掘削屑排出溝７、８は、正面視したときに略Ｖ字状とされている。

軸部３の内部には、穿孔機のロッドに連結するための図示しない取付孔が形成されており、この取付孔の内周部には、雌ねじ部が形成されている。この取付孔にロッドが螺合されることにより、工具本体２は、ロッドを介して打撃力及び回転力を付与する穿孔機に連結されている。
工具本体２の頭部４の先端面６は、截頭円錐形状とされており、先端側に向かうにつれて幅狭くなるテーパ面１１と、テーパ形状の頂部を截頭された平面１２とから構成されている。この先端面６には、超硬合金等の硬質材料により形成された複数のボタンチップ（チップ）１３が植設されており、このボタンチップ１３は、円柱状とされ、工具本体２の先端面６から突出する先端部が半球面状に形成されている。

図２及び図３に示すように、掘削屑排出溝７は、先端面６と掘削屑排出溝７の回転方向Ｔ前方側の内面１４の間に形成された稜線１５と、先端面６と回転方向Ｔ後方側の内面１４との間に形成された稜線１７とを備えており、稜線１５と稜線１７とが交わる角部１８が円弧状に形成されている。
図３に示すように、掘削屑排出溝７の稜線１７は、切刃２５とされている。ここで、切刃２５の軸線Ｏからの最外周端Ｐ_１と軸線Ｏとを結ぶ基準線２６に対する切刃２５の角度θ_１は、−１５°〜３０°の範囲に設定されており、また、掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２は、６０°〜１００°の範囲に設定されている。そして、稜線１５と、この稜線１５と平行であり切刃２５の最外周端Ｐ_１を通る線２７との距離である掘削屑排出溝７の深さｈ_１は、頭部４の直径Ｄに対して０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定されている。

図２及び図３に示すように、掘削屑排出溝８は、先端面６と掘削屑排出溝８の回転方向Ｔ前方側の内面１９の間に形成された稜線２０と、先端面６と回転方向Ｔ後方側の内面１９との間に形成された稜線２１とを備えており、稜線２０と稜線２１とが交わる角部２２が円弧状に形成されている。さらに、掘削屑排出溝８の内面１９には、図２に示すように、ブローホール２３が形成されている。このブローホール２３は、工具本体２の内部に形成されている図示しない供給孔と連通されており、この供給孔を介して穿孔機のブロー供給部に連通されている。

図３に示すように、掘削屑排出溝８の稜線２１は、切刃２８とされている。ここで、切刃２８の軸線Ｏからの最外周端Ｐ_２と軸線Ｏとを結ぶ基準線２９に対する切刃２８の角度θ_３は、切刃２５と基準線２６との角度θ_１と同様に、−１５°〜３０°の範囲に設定されており、また、掘削屑排出溝８の稜線２０と稜線２１との間の角度θ_４も、掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２と同様に、６０°〜１００°の範囲に設定されている。そして、稜線２０と、この稜線２０と平行であり切刃２８の最外周端Ｐ_２を通る線３０との距離である掘削屑排出溝８の深さｈ_２も、掘削屑排出溝７の深さｈ_１と同様に、頭部４の直径Ｄに対して０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定されている。
図４に示すように、切刃２５及び切刃２８のすくい角θ_５は、−１０°〜１０°の範囲に設定されている。

上記の構成からなる掘削工具１において、掘削作業を行う場合に、掘削工具１を図示しないロッドを介して連結された穿孔機から、軸線Ｏを中心とした回転方向Ｔへの回転力と、先端側への打撃力とを付与されることにより、掘削工具１先端に複数植設されたボタンチップ１３で地中の土砂及び岩盤等を砕きながら掘削する。このとき、土砂及び岩石等を掘削したことにより生じる掘削屑は、掘削屑排出溝７、８により後方側に送られ、さらに穿孔機に設けられているブロー供給部より圧縮空気が供給孔を介してブローホール２３より噴出することにより効率的に後方側に排出させられる。
この掘削の際、弾力性のある粘土及び木の根等が地中に存在していた場合にも、軸線Ｏ方向への回転力を与えられた掘削工具１の切刃２５及び切刃２８が、切断及び破砕することにより、掘削作業を中断することなく進めることができる。

また、図３に示すように、この掘削工具１は、切刃２５の軸線Ｏからの最外周端Ｐ_１と軸線Ｏとを結ぶ基準線２６に対する切刃２５の角度θ_１と、切刃２８の軸線Ｏからの最外周端Ｐ_２と軸線Ｏとを結ぶ基準線２９に対する切刃２８の角度θ_３とを−１５°〜３０°の範囲に設定することにより、切削抵抗が抑えられるので、切刃２１の欠損を抑えることができるとともに、良好な切れ味が確保されるので、粘土及び木の根等の切断や破砕を容易に行うことができる。したがって、掘削作業の効率を向上させることができる。即ち、ここで切刃２５の軸線Ｏからの最外周端Ｐ_１と軸線Ｏとを結ぶ基準線２６に対する切刃２５の角度θ_１と、切刃２８の軸線Ｏからの最外周端Ｐ_２と軸線Ｏとを結ぶ基準線２９に対する切刃２８の角度θ_３とを−１５°〜３０°の範囲に設定したのは、角度θ_１及び角度θ_３が−１５°を下回ると、切削抵抗が増大してしまい、切刃２５及び切刃２８を欠損するおそれがあるからであり、また、逆に角度θ_１及び角度θ_３が３０°を上回ると、切れ味が低下してしまい、粘土及び木の根等を切断及び破砕できなくなるおそれがあるからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

このように、掘削屑排出溝７と、掘削屑排出溝８とは、掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２と、掘削屑排出溝８の稜線２０と稜線２１との間の角度θ_４とを、６０°〜１００°の範囲に設定することにより、良好な切れ味が確保されるので、粘土及び木の根等の切断や破砕を容易に行うことができるとともに、掘削屑を排出するスペースが十分に確保されるので、掘削屑を後方側に排出しやすくなる。即ち、ここで掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２と、掘削屑排出溝８の稜線２０と稜線２１との間の角度θ_４とを６０°〜１００°の範囲に設定したのは、角度θ_２及び角度θ_４が６０°を下回ると、掘削屑を排出するスペースが十分に確保されないため、掘削屑を後方側に排出しにくくなるおそれがあるからであり、また、逆に角度θ_２及び角度θ_４が１００°を上回ると、工具本体２の剛性が低下してしまうので、工具本体２の寿命を低下させてしまうおそれがあるからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

このように、掘削屑排出溝７と、掘削屑排出溝８とは、掘削屑排出溝７の深さｈ_１と、掘削屑排出溝８の深さｈ_２とをそれぞれ０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定することにより、良好な切れ味が確保されるので、粘土及びの根等の切断や破砕を容易に行うことができるとともに、掘削屑を排出するスペースが十分に確保されるので、掘削屑を後方側に排出しやすくなる。即ち、ここで掘削屑排出溝７の深さｈ_１と、掘削屑排出溝８の深さｈ_２とをそれぞれ０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定したのは、深さｈ_１及びｈ_２が、それぞれ０．２×Ｄを下回ると、掘削屑を排出するスペースが十分に確保されないため、掘削屑を後方側に排出しにくくなるおそれがあるからであり、また、逆に深さｈ_１及びｈ_２が、それぞれ０．４×Ｄを上回ると、頭部４の周方向の肉厚が薄くなってしまい、工具本体２の剛性が低下してしまうので、工具本体２の寿命を低下させてしまうおそれがあるからがある。したがって、上記の範囲に設定するものである。

図４に示すように、切刃２５と切刃２８とは、それぞれのすくい角θ_５を−１０°〜１０°の範囲に設定することにより、良好な切れ味が確保されるので、粘土及び木の根等を容易に切断や破砕できるとともに、切削抵抗が抑えられる。即ち、ここで刃２５及び切刃２８のすくい角θ_５を−１０°〜１０°の範囲に設定したのは、すくい角θ_５が−１０°を下回ると、切れ味が低下してしまい、粘土及び木の根等を切断及び破砕できなくなるおそれがあるからであり、また、逆にすくい角θ_５が１０°を上回ると、切削抵抗が増大してしまい、切刃２５及び切刃２８の欠損等による工具寿命の短縮を招くおそれがあるからである。したがって、上記の範囲に設定するものである。

上記の構成によれば、掘削屑排出溝７に切刃２５と、掘削屑排出溝８に切刃２８とが形成され、各数値が最適な値に設定されていることにより、良好な切れ味が確保され、切削抵抗が抑えられ、かつ掘削工具１の良好な剛性が確保されるので、土砂や岩盤等を掘削するとともに、粘土等の軟質層あるいは木の根等の木質系材料に対しても容易に切断や破砕を行うことができる。したがって、掘削を妨げられることなく、掘削効率の向上を図ることができる。また、掘削工具１の磨耗を低減して、工具寿命の延長を促すことができる。

なお、図５から図９は、上記構成の実施の形態に対して掘削屑排出溝の内面形状及びそれぞれの角度θ_１、θ_２を異ならせた実施例である。図５に示す掘削工具１は、掘削屑排出溝７の軸線Ｏ方向の内面下部を上記構成の実施の形態と異ならせたものであって、基準線２６と切刃２５との角度θ_１を１５°、稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２を１００度としたものである。
また、図６に示す掘削工具１は、掘削屑排出溝７を上記構成の実施の形態と略同様の形状としたものであって、基準線２６と切刃２５との角度θ_１を９．３°、稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２を９０°としたものである。
また、図７に示す掘削工具１は、掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７の間の角度θ_２を鋭角とし、掘削屑排出溝７の軸線Ｏ方向の内面下部を上記構成の実施の形態と異ならせたものであり、稜線１５と稜線１７とを短尺にしたものであって、基準線２６と切刃２５との角度θ_１を９．８°、稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２を６０°としたものである。

また、図８に示す掘削工具１は、掘削屑排出溝７の軸線Ｏ方向の内面１４下部を上記構成の実施の形態と異ならせたものであり、掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２を鈍角とし、かつ稜線１５を長尺とし、稜線１７を短尺としたものであって、基準線２６と切刃２５との角度θ_１を０°、稜線１５と稜線１７との間のθ_２を１００°としたものである。
さらに、図９に示す掘削工具１は、掘削屑排出溝７の軸線Ｏ方向の内面１４下部を上記構成の実施の形態と異ならせたものであり、掘削屑排出溝７の稜線１５と稜線１７との間の角度θ_２を鋭角とし、稜線１５と稜線１７とを短尺としたものであって、基準線２６と切刃２５との角度θ_１を０°、稜線１５と稜線１７との間のθ_２を６０°としたものである。

この発明の一実施形態に係る掘削工具を示す斜視図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具を示す側面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具を示す正面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具の切刃の要部を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具の実施例を示す正面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具の実施例を示す正面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具の実施例を示す正面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具の実施例を示す正面図である。 この発明の一実施形態に係る掘削工具の実施例を示す正面図である。

符号の説明

１ 掘削工具
２ 工具本体
４ 頭部（先端部）
５ 周面
６ 先端面
７ 掘削屑排出溝
８ 掘削屑排出溝
１３ ボタンチップ（チップ）
１４ 内面
１７ 稜線
１９ 内面
２１ 稜線
２５ 切刃
２８ 切刃
Ｔ 回転方向

Claims (4)

1. 軸線を中心に回転する工具本体の先端部に、その先端面から突出するように複数のチップが植設されるとともに、前記先端部の周面に、該先端部を正面視してＶ字状の掘削屑排出溝が形成された掘削工具であって、
   前記先端部の先端面と前記掘削屑排出溝の内面とにより形成される稜線のうち前記掘削屑排出溝の回転方向後方に位置する稜線が切刃とされているとともに、
   前記切刃は、該切刃の前記軸線からの最外周端と該軸線とを結ぶ基準線に対して−１５°〜３０°の角度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１に記載の掘削工具において、
   前記掘削屑排出溝のＶ字状の角度が６０°〜１００°の範囲に設定されていることを特徴とする掘削工具。
3. 請求項１または請求項２に記載の掘削工具において、
   前記先端部の直径Ｄに対して、前記掘削屑排出溝の深さが０．２〜０．４×Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする掘削工具。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の掘削工具において、
   前記切刃のすくい角が−１０°〜１０°の範囲に設定されていることを特徴とする掘削工具。

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