JP4393439B2 - 回転打撃型掘削装置のリングビット - Google Patents

Description

この発明は、掘削装置の掘削先端部に設けられた回転する円筒状のリングビットの先端面に円周方向に所定の間隔で形成された複数の外向き突起刃及び内向き突起刃により、１分間に例えば６０回前後回転し、打撃は１分間に２０００回〜２２００回前後行いながら掘削する回転打撃型掘削装置に係り、特に、回転する円筒状のリングビットの先端面に円周方向に形成した外向き突起刃及び内向き突起刃の配置間隔を僅かに変えて非等間隔にするのみで、回転打撃型掘削装置の掘削性能を高め、しかもリングビットの突起刃の耐久性を高める回転打撃型掘削装置のリングビットに関するものである。

回転打撃型掘削装置の掘削先端部に設けられた回転する円筒状のリングビットの先端面に円周方向に所定の等間隔で形成した突起刃により、１分間に例えば６０回前後回転し、打撃は１分間に２０００回〜２２００回前後行いながら掘削する回転打撃型掘削装置が知られている。
従来の円筒状のリングビットの先端面に形成された突起刃は、円錐形先端がリングビットの外周向きに形成された外向き突起刃と、円錐形先端がリングビットの内周向きに形成された内向き突起刃とから構成されている。そして、外向き突起刃は３６度の等間隔で円筒状のリングビットの円周方向に形成され、或る一つの外向き突起刃より円周方向に１８度回転する位置からは内向き突起刃が７２度の等間隔で円筒状のリングビットの円周方向に形成されている。
また、円筒状のリングビットの円形内部にはインナービットが配置されている。インナービットの先端面にはその円周方向に外向き突起刃と内向き突起刃とが交互に形成され、又外向き突起刃及び内向き突起刃はそれぞれ円周方向に等間隔で形成されている。
そして、リングビットの先端面に形成された外向き突起刃と内向き突起刃とが掘削面を１分間に２０００回以上打撃を繰り返しながら６０回前後回転することにより、掘削面の表面には二重円状の打撃点が円周方向に形成され、隣り合う打撃点の間で亀裂が生じて掘削面を掘削する構造になっている。

しかしながら、従来の円筒状のリングビットの先端面に形成された外向き突起刃及び内向き突起刃は共に円周方向に等間隔で形成されているため、回転しながら打撃するリングビットによる掘削面の打撃回数が少ない場合には、リングビットの各外向き突起刃及び内向き突起刃による掘削面の打撃点は円周方向に増加し、隣り合う打撃点の間隔も小さくなるが、打撃回数が一定以上、実験によると打撃回数が３６回を超えると、新しい場所を打撃することがなくなり、その結果、隣り合う打撃点の間隔もそれ以上狭くなることはなく、掘削面の掘削を高めるということはなかった。
また、打撃回数が一定以上、実験によると打撃回数が３６回を超えると、各外向き突起刃及び内向き突起刃は新しい場所を打撃することがなくなり、これまで打撃した箇所のみを繰り返し打撃することになる。
ところで、各外向き突起刃及び内向き突起刃が掘削面を打撃する場合、円錐状の突起刃の先端が最初に掘削面の表面に当たることになるが、これまでに打撃した点のみを繰り返して打撃するようになると、掘削面の打撃点は突起刃の形状に対応する円錐状の窪みとなり、その結果、円錐状の突起刃の先端以外の特定部分が最初に掘削面の表面の円錐状の窪みの打撃点に当たることになる。
リングビットの先端面に形成された各外向き突起刃及び内向き突起刃は、円錐状の突起刃の先端が最初に掘削面の表面に当たることで掘削するように強度設計されているため、円錐状の突起刃の先端以外の特定部分が最初に掘削面の表面に当たり、これが繰り返し行われる場合には、円錐状の突起刃の先端以外の特定部分が早期に磨耗損傷して耐久性が低下し、その結果、リングビットの交換頻度が早まるという問題があった。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、回転する円筒状のリングビットの先端面に円周方向に形成した外向き突起刃及び内向き突起刃の間隔を僅かに変えて非等間隔にするのみで、回転打撃型掘削装置の掘削性能を高め、しかもリングビットの各突起刃の耐久性を高めることのできる回転打撃型掘削装置のリングビットを提供することにある。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、掘削先端部に設けられた回転する円筒状のリングビットの先端面の円周方向に間隔をあけて形成された複数の突起刃が、円錐形先端がリングビットの外周向きに形成された外向き突起刃と円錐形先端がリングビットの内周向きに形成された内向き突起刃とから構成される回転打撃型掘削装置のリングビットにおいて、前記リングビットの先端面に円周方向に１０基の外向き突起刃を間隔をあけて形成し、２基の外向き突起刃の中心角度の半分となる真ん中位置に内向き突起刃を一つ置きに飛ばして５基形成し、真ん中位置に内向き突起刃が形成された２基の外向き突起刃の配置間隔をそれぞれ中心角度３６度の等間隔にすると共に、真ん中位置に内向き突起刃が非形成の２基の外向き突起刃の配置間隔を僅かに変えて中心角度３８度、３７度、３６度、３５度、３４度とし、少なくとも一部を非等間隔にした手段よりなるものである。

以上の記載より明らかなように、この発明に係る回転打撃型掘削装置のリングビットによれば、回転する円筒状のリングビットの先端面に円周方向に形成した外向き突起刃及び内向き突起刃の間隔を僅かに変えて少なくとも一部を非等間隔にすることにより、外向き突起刃及び内向き突起刃の間隔が等間隔の従来のリングビットに比べて、掘削面の表面に形成される二重円状の打撃点の数を大幅に増やして打撃点から短い長円線状にすると共に円周方向の隣り合う間隔を狭くすることができる。
これにより、掘削面の表面に打撃点から短い長円線状の穴を形成すると共に隣り合う打撃点の間隔を狭めその間の亀裂を生じ易くして掘削表面を崩し易くし、掘削深さが同じ場合には従来に比べて掘削時間を短縮でき、また掘削時間が同じ場合には従来に比べてより深く掘削することができ、更に、従来のリングビットでは掘削できないような硬い岩盤も掘削することができる。
実験の結果によれば、回転打撃型掘削装置の掘削性能を岩盤掘削の場合で３０％前後高めることができ、また、回転打撃型掘削装置の掘削性能を軟弱地盤の掘削の場合で５０％前後高めることができ、回転打撃型掘削装置の掘削性能を高めることができる。
これに加えて、実験結果からわかるように、従来のリングビットを使用した場合に比べて、掘削面の表面に形成される二重円状の打撃点の数が飛躍的に増加して打撃点は短い長円線状になり、リングビットの先端面に形成した外向き突起刃及び内向き突起刃は、その先端が掘削面の表面に最初に当たる回数が増加し、また突起刃の先端以外の部分が掘削面の表面に最初に当たる回数を大幅に減らすことができると共に、突起刃の先端以外の部分も特定部分のみが当たるのを防いで満遍なく当たるようにすることができる。
これにより、突起刃の先端以外の特定部分が早期に磨耗損傷して耐久性が低下するのを防ぎ、これを通じて、リングビットの耐久性を高めることができるので、リングビットの交換頻度を従来のリングビットの使用の場合に比べて少なくでき、従って、リングビットの使用個数を減らすことができ、部品コストを安くすることが可能となる。
さらに、リングビットの磨耗損傷に伴う掘削中における部品交換の回数を少なくすることができ、これにより、掘削作業中における部品交換による作業中断時間を少なくできるので、掘削作業時間の短縮化も図ることが可能となる等、極めて新規的有益なる効果を奏するものである。

以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。

図において、掘削先端部となる回転ケーシング１の先端部には円筒状のリングビット２が螺入して設けられている。回転ケーシング１は内部が中空の円筒形状からなり、その基端側は図示しない回転打撃型掘削装置に回転自在且つ前後方向に高速で往復動して打撃自在に装着されている。回転打撃型掘削装置は、回転ケーシング１を例えば１分間に６０回転させ、また、１分間に例えば２０００回〜２２００回の打撃を作用させる性能を備えている。

円筒形状の回転ケーシング１の中空内部には、これよりも十分に直径が小さいインナーロッド３が内挿されている。インナーロッド３は回転ケーシング１と同様に、内部が中空の円筒形状からなり、その基端側は図示しない回転打撃型掘削装置に装着されている。インナーロッド３は回転ケーシング１と一体となって回転及び往復動する構造になっている。

回転ケーシング１の内周面とインナーロッド３の外周面との間には隙間が形成されている。この隙間は掘削土を排出する場合の排出通路１１として使用される。また、インナーロッド３の内部の中空部は、掘削時に回転ケーシング１の先端部に圧送するエアー又は水の供給通路３１として使用される。

リングビット２は、その円筒状の先端面の円周方向に間隔をあけて形成された複数の外向き突起刃２１と内向き突起刃２２とにより、回転と高速の打撃作用を通じて掘削面の表面に二重円状の打撃点を円周方向に形成して、掘削表面を崩しながら掘削する部分である。

リングビット２は円筒形状になっていて、両端が開口され、その内部は中空状になっている。リングビット２は先端部分の直径がこれ以外部分より少し大きくなっていて、側面からみて段差状になっている。リングビット２は先端部分を除く直径が少し小さな部分は回転ケーシング１の先端部の内部に螺子込むようにして螺入される。このため、リングビット２はその直径が小さな側周面には螺子山が形成されている。

リングビット２の直径が少し大きな先端部分の側周面の一部には、リングビット２の長さ方向に向けて縦溝２３が複数形成されている。各縦溝２３は真ん中に内向き突起刃２２が形成されていない２基の外向き突起刃２１の間の側周面にそれぞれ形成されている。同様に、リングビット２の円筒状の先端面には中心部側に向けて横溝２４がそれぞれ形成されている。横溝２４は縦溝２３と同じ箇所にそれぞれ形成されている。

外向き突起刃２１は円錐形の形状しており、その円錐形先端がリングビット２の外周向きに形成されている。外向き突起刃２１は掘削面の表面に形成される二重円状の外側部分の円周方向に打撃点を形成する。

内向き突起刃２２は円錐形の形状しており、その円錐形先端がリングビット２の内周向きに形成されている。また、内向き突起刃２２は外向き突起刃２１より少し中心部寄りに形成されている。内向き突起刃２２は掘削面の表面に形成される二重円状の内側部分の円周方向に打撃点を形成する。

リングビット２の円筒状の先端面に円周方向に間隔をあけて形成された外向き突起刃２１及び内向き突起刃２２の配置間隔が僅かに変えられていて、少なくとも一部は非等間隔になっている。

即ち、リングビット２の円筒状の先端面の円周方向には偶数基例えば１０基の外向き突起刃２１が間隔をあけて形成されている。そして、２基の外向き突起刃２１の中心角度の半分となる真ん中位置には内向き突起刃２２が一つ置きに飛ばして例えば５基形成されている。

更に、真ん中位置に内向き突起刃２２が形成された２基の外向き突起刃２１の配置間隔は、それぞれ中心角度例えば３６度の等間隔になっている。また、真ん中位置に内向き突起刃２２が非形成の２基の外向き突起刃２１の配置間隔は、僅かに変えて中心角度例えば３８度、３７度、３６度、３５度、３４度となっていて、外向き突起刃２１及び内向き突起刃２２の少なくとも一部は非等間隔になっている。

このように、外向き突起刃２１及び内向き突起刃２２の少なくとも一部は非等間隔にリングビット２の円筒状の先端面の円周方向に形成されているため、従来の等間隔に形成されている場合に比べて形成される打撃点は短い長円線状になり、掘削表面を崩し易くする。

円筒状のリングビット２の円筒内部には、円筒状のインナービット４が挿入されている。インナービット４は先端部分の直径がこれ以外部分より少し大きくなっていて、側面からみて段差状になっている。インナービット４は先端部分を除く直径が少し小さな部分はインナーロッド３の先端部の内部に螺子込むようにして螺入される。このため、インナービット４はその直径が小さな側周面には螺子山が形成されている。

インナービット４は内部が中空になっており、その先端面には円周方向に等間隔で複数の例えば５基の外向き突起刃４１が形成され、また、先端面には外向き突起刃４１の内側に複数の例えば３基の内向き突起刃４２が形成されている。インナービット４の先端面の一部には噴出孔４３が形成されている。噴出孔４３からはインナーロッド３の内部の供給通路３１を圧送されたエアー又は水が噴出する。

インナービット４の直径が少し大きな先端部分の側周面の一部には、リングビット２の長さ方向に向けて縦溝４４が複数形成されている。各縦溝４４は等間隔の外向き突起刃４１の真ん中の側周面にそれぞれ形成されている。各縦溝４４は掘削土を回転ケーシング１とインナーロッド３との隙間の排出通路１１内に排出する際の通路となる。

次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
図示しない回転打撃型掘削装置に回転自在且つ前後方向に高速で往復動して打撃自在に装着されている回転ケーシング１の先端部にリングビット２を螺子込んで取り付ける。同様に回転ケーシング１の内部に挿入されているインナーロッド３の先端部にインナービット４を螺子込んで取り付ける。

回転ケーシング１の先端部を掘削面に向け、図示しない回転打撃型掘削装置を駆動させる。回転ケーシング１は例えば１分間に６０回転しながら、掘削面に対して高速で往復動して１分間に例えば２０００回〜２２００回打撃する。これにより、掘削面にはその打撃回数に対応して、二重円状の打撃点が形成される。

ところで、回転ケーシング１の先端部に取り付けられたリングビット２の先端面には、円周方向に例えば１０基の外向き突起刃２１が間隔をあけて形成され、２基の外向き突起刃２１の中心角度の半分となる真ん中位置には内向き突起刃２２が一つ置きに飛ばして例えば５基形成され、真ん中位置に内向き突起刃２２が形成された２基の外向き突起刃２１の配置間隔はそれぞれ中心角度例えば３６度の等間隔になっており、真ん中位置に内向き突起刃２２が非形成の２基の外向き突起刃２１の配置間隔を僅かに変えて中心角度例えば３８度、３７度、３６度、３５度、３４度となっていて、外向き突起刃２１及び内向き突起刃２２の少なくとも一部は非等間隔に配置されている。

このため、本願発明のリングビット２を回転ケーシング１に取り付けたときには、外向き突起刃２１及び内向き突起刃２２が等間隔の従来のリングビットに比べて、打撃回数が増えると掘削面に形成される打撃点も増えると共に隣り合うの打撃点が接近して連続的になって、一部は点から短い長円線状になり、掘削面は崩れ易くなる。

これにより、掘削性能が高まり、掘削時間が短くなり、硬い岩盤の掘削も可能となる。また、外向き突起刃２１及び内向き突起刃２２も先端以外の特定部分が集中して磨耗損傷することがないので、その耐久性を高めることが可能となり、掘削作業中におけるリングビット２の交換頻度を少なくでき、使用部品の数を減らすことができると共に、掘削作業中におけるリングビット２の交換による作業中断を少なくでき、リングビット２の交換に伴う作業能率の低下を防ぐことができる。

なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

この発明を実施するための最良の形態を示すリングビットの外向き突起刃及び内向き突起刃の配置間隔を僅かに変えて少なくとも一部を非等間隔にしたときの外向き突起刃及び内向き突起刃の先端の平面図である。 この発明を実施するための最良の形態を示すリングビットの斜視図である。 この発明を実施するための最良の形態を示すリングビットの平面図である。 この発明を実施するための最良の形態を示すリングビットの側面図である。 この発明を実施するための最良の形態を示すインナービットの斜視図である。 この発明を実施するための最良の形態を示す回転ケーシングの先端部にリングビットを取り付けた部分側断面図である。 （Ａ）は１８回打撃における従来型リングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ｂ）は１８回打撃における本発明のリングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ａ）は３６回打撃における従来型リングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ｂ）は３６回打撃における本発明のリングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ａ）は５４回打撃における従来型リングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ｂ）は５４回打撃における本発明のリングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ａ）は７２回打撃における従来型リングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ｂ）は７２回打撃における本発明のリングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ａ）は９０回打撃における従来型リングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ｂ）は９０回打撃における本発明のリングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ａ）は１０８回打撃における従来型リングビットによる打撃点を示す実験図である。 （Ｂ）は１０８回打撃における本発明のリングビットによる打撃点を示す実験図である。 従来のリングビットの等間隔の外向き突起刃及び内向き突起刃の先端の平面図である。

符号の説明

１ 回転ケーシング
１１ 排出通路
２ リングビット
２１ 外向き突起刃
２２ 内向き突起刃
２３ 縦溝
２４ 横溝
３ インナーロッド
３１ 供給通路
４ インナービット
４１ 外向き突起刃
４２ 内向き突起刃
４３ 噴出孔
４４ 縦溝

Claims (1)

1. 掘削先端部に設けられた回転する円筒状のリングビットの先端面の円周方向に間隔をあけて形成された複数の突起刃が、円錐形先端がリングビットの外周向きに形成された外向き突起刃と円錐形先端がリングビットの内周向きに形成された内向き突起刃とから構成される回転打撃型掘削装置のリングビットにおいて、前記リングビットの先端面に円周方向に１０基の外向き突起刃を間隔をあけて形成し、２基の外向き突起刃の中心角度の半分となる真ん中位置に内向き突起刃を一つ置きに飛ばして５基形成し、真ん中位置に内向き突起刃が形成された２基の外向き突起刃の配置間隔をそれぞれ中心角度３６度の等間隔にすると共に、真ん中位置に内向き突起刃が非形成の２基の外向き突起刃の配置間隔を僅かに変えて中心角度３８度、３７度、３６度、３５度、３４度とし、少なくとも一部を非等間隔にしたことを特徴とする回転打撃型掘削装置のリングビット。

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