JP5715541B2 - カッタビット - Google Patents

Description

本発明は、地山の切削を行うカッタビットに関する。

シールド工法、推進工法、ＴＢＭ等によるトンネル工事、現場打ち杭の施工、地中連続壁の施工等に伴う掘削孔や掘削溝等の施工は、カッタビットが設置された掘削機により行う。

カッタビットは、地山の切削に伴い磨耗する。磨耗したカッタビットは、掘削作業を中断して交換する必要があるが、掘削作業を中断すると、工期短縮化の妨げになるとともに、工事費の低減化の妨げになる。

カッタビット全体を強度の高い材料により構成すれば、カッタビットの交換頻度を低減させることが可能であるものの、コストが高くなるとともに、掘削機への取り付け方法も制限されてしまう。
そのため、長距離掘削に耐え得る機能を有しており、交換作業を省略あるいは交換作業の回数を低減させることを可能とした安価なカッタビットが開発されている。

例えば、特許文献１には、図６の（ａ）に示すように、二次ビット１０２の外面を一次ビット１０２により覆った二重ビット１００であって、一次ビット１０１が切削により磨耗すると、一次ビット１０１のシャンク１０３が自動的に剥がれ落ち、二次ビット１０２が露出することで、切削能力の低下が抑制されている。

また、特許文献２には、図６の（ｂ）に示すように、ビット本体２０１の外面に複数のチップ２０２，２０２，…が積層されたカッタビット２００であって、磨耗したチップ２０２が剥がれ落ちて新たなチップ２０２が露出することで、切削能力の低下が抑制されたカッタビット２００が開示されている。

特開２００７−３２７２６６号公報 特開２０１０−１５０８０６号公報

特許文献１の二重ビット（カッタビット）１００は、離脱した一次ビット１０１のシャンク１０３が掘削土砂とともにチャンバー内に取り込まれて、回収が困難になる場合があった。掘削土砂にシャンク１０３が紛れていると、掘削土砂を搬出する際に各種設備機器が破損するおそれがある。

また、特許文献２のカッタビット２００は、掘削時の衝撃により、チップ２０２が剥がれ落ちる可能性がある。チップ２０２が所定の磨耗量に達する前に剥がれ落ちると、予定外のカッタビット２００の交換作業が必要になる場合がある。

本発明は、前記の問題点を解決するものであり、磨耗に伴う交換の頻度を減らし、掘削機等の損傷のリスクを低減することを可能としたカッタビットを提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の第一のカッタビットは、母材と前記母材に固定された刃材とを備えるものであって、前記母材には、その先端面に開口する凹部が形成されており、前記凹部の開口幅は、当該凹部の内部の最大幅寸法よりも小さく、前記刃材は、前記先端面に固着された上段刃部と凹部に埋め込まれた下段刃部とを有することを特徴としている。

かかるカッタビットによれば、下段刃材が凹部に埋め込まれた状態で刃材が母材に固定されているため、刃材が剥がれ落ちることが防止されている。そのため、刃材等の破片により設備機器が損傷することを防止できる。また、長期間カッタビットを使用することが可能となり、交換作業の手間を省略あるいは低減できる。なお、カッタビットは、凹部に埋めこまれているため、外的な衝撃に対しても剥がれ落ちることが防止されている。

第二のカッタビットは、母材と前記母材に固定された刃材とを備えるものであって、前記母材には、その先端面に開口する凹部が形成されており、前記刃材は、前記先端面に固着された上段刃部と凹部に埋め込まれた下段刃部とを有しているとともに中央部にくびれ部分を有しており、このくびれ部分が前記凹部の開口部に位置していることを特徴としている。

かかるカッタビットによれば、上段刃部が磨耗すると、次第に下段刃部が現れるようになり、下段刃部の露出とともに刃材の鋭さが復帰する。また、刃材は、くびれ部分により凹部に嵌合された状態で固定されているため、脱落することが防止されている。

前記刃材が、前記母材にろう付けされていれば、両者を強固に固定することができる。

前記母材の背面に肉盛り溶接が施されるか、または、超硬チップが貼着されていれば、母材の背面側の磨耗を遅らせることができるので、長期間カッタビットを使用することができる。

本発明のカッタビットによれば、磨耗に伴う交換の頻度を減らし、掘削機等の損傷のリスクを低減することが可能となる。

第一の実施の形態に係るカッタビットを示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１に示すカッタビットの使用状況を示す側面図である。 第二の実施の形態に係るカッタビットを示す斜視図である。 （ａ）は図３に示すカッタビット側面図、（ｂ）は同拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図３に示すカッタビットの使用状況を示す側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来のカッタビットを示す断面図である。

第一の実施の形態に係るカッタビット１は、図１に示すように、母材１０と、母材１０に固定された刃材２０とを備えている。

母材１０は、いわゆるシャンク材である。
本実施形態の母材１０は、刃材２０よりも膨張係数が大きく、かつ、構造部材として十分な剛性、強度を有する材料により構成されている。本実施形態では、母材１０を構成する材料として、ＳＳ材やＳ４５Ｃ材等を使用するが、母材１０を構成する材料は限定されるものではない。

母材１０の背面１４は、地山Ｇ（切削面）に対向する面であり、先端部（欠損部１１）側に向うに従って底面１６から離れるように傾斜している。母材１０の前面１５は、カッタビット１の進行方向前側の面であり、先端部（欠損部１１）側に向うに従って後面１７から離れるように傾斜している。背面１４の延長面と前面１５の延長面とが交わる角部が鋭角となる。母材１０の底面は、図示せぬカッタヘッドに当接する面であり、後面１７は、カッタビット１の進行方向後側の面である、母材１０の底面１６と後面１７は、直角に交わっている。なお、母材１０の形状は限定されない。

母材１０の先端部の角部分（背面１４と前面１５とが交わる角部分）には、刃材２０を収容する欠損部１１が形成されている。また、母材１０には、欠損部１１（先端面１３）に開口する凹部１２が形成されている。

欠損部１１は、先端面１３のうち、前面１５と交差する平面部分１３ａは底面１６と平行であり、背面１４と交差する平面部分１３ｂは後面１７と平行である。平面部分１３ａ，１３ｂは、側面視八字状に配置されている。なお、欠損部１１の断面形状は限定されない。

母材１０の背面１４の先端部（欠損部１１の後）には、図１および図２の（ａ）に示すように、補助チップ１８が貼り付けられている。補助チップ１８は、超硬チップを板状に薄く加工したものであって、表面が母材１０の背面と面一となるように、母材１０の背面１４に形成された切り欠きにろう付けされている。なお、補助チップ１８の固定方法は、これに限定されるものではない。また、補助チップ１８は、１枚の板材であってもよいし、複数の板材が並設されたものであってもよい。

また、母材１０の背面１４には、補助チップ１８の後部に肉盛り溶接１９が施されている。母材１０は、肉盛り溶接１９により背面１４の一部が盛り上がっている（増厚されている）。なお、肉盛り溶接１９は、耐磨耗を目的として、硬い金属層を背面１４に溶着させたものである。

図２の（ａ）に示すように、凹部１２の内壁面は、四つの平面により形成されているが、それぞれ、母材１０の背面１４、前面１５、底面１６および後面１７と平行となるように形成されている。凹部１２の開口幅は、凹部１２の内部の最大幅寸法よりも小さい。なお、凹部１２の形状は限定されない。

刃材２０は、母材１０よりも磨耗しにくい超硬チップにより構成された部材であり、中央部がくびれている。
本実施形態の刃材２０は、先端面１３に固着された上段刃部２１と凹部１２に埋め込まれた下段刃部２２とが一体に形成された２段構造からなる。

上段刃部２１は、背面（第一チップ背面）２１ａおよび前面（第一チップ前面）２１ｂが外部に面した状態で母材１０の欠損部１１に配設されている。
図２の（ａ）に示すように、第一チップ背面２１ａは母材１０の背面１４と直線を呈しているとともに、第一チップ前面２１ｂは前面１５と直線を呈している。すなわち、第一チップ背面２１ａは、背面１４と面一であり、第一チップ前面２１ｂは、前面１５と面一である。上段刃部２１は、第一チップ背面２１ａと第一チップ前面２１ｂとにより、先端が鋭角を呈している。

上段刃部２１は、その底面（第一チップ底面）２１ｃおよび後面（第一チップ後面）２１ｄがそれぞれ母材１０の先端面１３の平面部分１３ａ，１３ｂにろう付け３０されている。
なお、上段刃部２１の固定方法はろう付けに限定されるものではなく、例えば、加圧圧着により固定してもよい。

下段刃部２２は、凹部１２に挿入した状態で、その背面（第二チップ背面）２２ａ、前面（第二チップ前面）２２ｂ、底面（第二チップ底面）２２ｃおよび後面（第二チップ後面）２２ｄが、それぞれ母材２０の背面１４、前面１５、底面１６および後面１７と平行となる形状を呈している。

第二チップ背面２２ａ、第二チップ前面２２ｂ、第二チップ底面２２ｃおよび第二チップ後面２２ｄは、凹部１２の内壁面にろう付けされている。

刃材２０よりも母材１０の方が線膨張係数が大きいので、ろう付け後（冷却後）は母材１０によって下段刃部２２が締め付けられ、より強固に固定される。
なお、下段刃部２２の固定方法は、ろう付けに限定されるものではなく、例えば、加圧圧着により固定してもよい。

第二チップ背面２２ａは、第一チップ背面２１ａからオフセットされており、刃材２０の背面側は段差を有している。同様に、第二チップ前面２２ｂは、第一チップ前面２１ｂからオフセットされており、刃材２０の前面側は段差を有している。

これらの段差により、刃材２０の中央部がくびれた状態となる。なお、第二チップ背面２２ａは第一チップ背面２１ａと平行であり、第二チップ前面２２ｂは第一チップ前面２１ｂと平行である。
下段刃部２２を凹部１２に挿入すると、刃材２０の中央部のくびれ部分が、凹部１２の開口部に位置するようになる。

カッタビット１により切削を行うと、図２の（ｂ）に示すように、上段刃部２１の先端側から磨耗する。

上段刃部２１の磨耗が進行すると、図２の（ｃ）に示すように、母材１０の背面１４および前面１５も磨耗する。

上段刃部２１が磨耗すると、次第に下段刃部２２が現れるようになり、平面部分１３ａ，１３ｂが消失したときには、図２の（ｄ）に示すように、下段刃部２２によって切削が行われるようになる。
第二チップ背面２２ａと第二チップ前面２２ｂは、母材１０の背面１４と前面１５の形状に応じて傾斜しているため、下段刃部２２の露出とともに刃材２０の鋭さが復帰する。

以上、第一の実施の形態のカッタビット１によれば、刃材２０は凹部１２に埋め込まれた状態で固定されているため、衝撃により剥がれ落ちることがない。
また、刃材２０が脱落することもないため、回収作業や回収装置が不要である。

刃材２０は、凹部１２内においてろう付けされているため、線膨張係数の大きい母材１０が熱により膨張して刃材２０を締め付けて、ろう付け強度以上に固定されている。そのため、刃材２０が母材１０から脱落する可能性は低い。

また、刃材２０は、上段刃部２１と下段刃部２２とにより、長い（高い）超硬チップが形成されるため、カッタビット１を交換することなく長期間掘進することができる。

母材１０に刃材２０を埋め込む構成であるため、母材（シャンク材）１０の一部がかたまりの状態で剥がれ落ちることはなく、したがって、掘削機等に悪影響を及ぼすことがない。

刃材２０の後部に補助チップ１８が貼着されているため、刃材２０の後部の磨耗の進行が先行することを防止し、刃材２０が抜け落ちることが防止されている。
また、母材１０の背面１４に肉盛り溶接１９が施されているため、刃部２０よりも柔らかい素材からなる母材１０のみが先行して磨耗してしまうことが防止されている。
このように、補助チップ１８の貼着および肉盛り溶接１９が施されていることで、カッタビット１をより長く使用することができる。

第二の実施の形態に係るカッタビット１は、図３に示すように、母材１０と、母材１０に固定された刃材２０とを備えている。

母材１０は、いわゆるシャンク材である。
第二の実施の形態の母材１０の構成は、第一の実施の形態の母材１０と同様なため、詳細な説明は省略する。

刃材２０は、母材１０よりも磨耗し難い超硬チップにより構成された部材である。
本実施形態の刃材２０は、先端面１３に固着された上段刃部２１と凹部１２に埋め込まれた下段刃部２２とを備える２層構造により構成されているが、一体成型されたものではなく、二部材からなる。

上段刃部２１は、側面視Ｖ字状を呈する部材からなり、背面（第一チップ背面）２１ａおよび前面（第一チップ前面）２１ｂが外部に面した状態で母材１０の欠損部１１に配設されている。
図４の（ａ）に示すように、第一チップ背面２１ａは母材１０の背面１４と直線を呈しているとともに、第一チップ前面２１ｂは前面１５と直線を呈している。上段刃部２１は、第一チップ背面２１ａと第一チップ前面２１ｂとにより、先端が鋭角を呈している。

上段刃部２１は、図４の（ｂ）に示すように、その底面（第一チップ底面）２１ｃおよび後面（第一チップ後面）２１ｄの角部に、下段刃部２２の先端部を収納する溝２１ｅが形成されている。溝２１ｅは側面視Ｖ字状を呈しており、凹部１２に対向している。溝２１ｅの開口幅は、凹部１２の開口幅と等しい。
なお、第一チップ底面２１ｃと第一チップ後面２１ｄは、直角を呈している。

上段刃部２１は、第一チップ底面２１ｃと第一チップ後面２１ｄとを、母材１０の先端面１３の平面部分１３ａ，１３ｂにろう付け３０することで母材１０に固定されている。
なお、溝２１ｅに挿入された下段刃部２２と上段刃部２１との間は、固定されていない。

上段刃部２１は、異なる２方向（平面部分１３ａ，１３ｂ）においてろう付けされているため、固定度が高い。
なお、上段刃部２１の固定方法はろう付けに限定されるものではなく、例えば、加圧圧着により固定してもよい。

下段刃部２２は、凹部１２に挿入した状態で、その背面（第二チップ背面）２２ａ、前面（第二チップ前面）２２ｂ、底面（第二チップ底面）２２ｃおよび後面（第二チップ後面）２２ｄが、それぞれ母材２０の背面１４、前面１５、底面１６および後面１７と平行となる形状を呈している。

下段刃部２２は、先鋭部（鋭角部）を有する側面視四角形状の部材であり、第二チップ背面２２ａ、第二チップ前面２２ｂ、第二チップ底面２２ｃおよび第二チップ後面２２ｄが、凹部１２の内壁面にろう付けされている。
下段刃部２２の先端部（第二チップ背面２２ａと第二チップ前面２２ｂの角部）は、上段刃部２１の溝２１ｅに挿入されているのみで、固定されていない。

刃材２０よりも母材１０の方が線膨張係数が大きいので、ろう付け後（冷却後）は母材１０によって下段刃部２２が締め付けられ、より強固に固定される。
なお、下段刃部２２の固定方法は、ろう付けに限定されるものではなく、例えば、加圧圧着により固定してもよい。

下段刃部２２の先端部は、凹部１２から突出していて、上段刃部２１の溝２１ｅに挿入されている。
そして、第二チップ背面２２ａは、第一チップ背面２１ａからオフセットされており、刃材２０の背面側は段差を有していて、第二チップ前面２２ｂは、第一チップ前面２１ａからオフセットされており、刃材２０の前面側は段差を有している。なお、第二チップ背面２２ａは第一チップ背面２１ａと平行であり、第二チップ前面２２ｂは第一チップ前面２１ｂと平行である。

カッタビット１により切削を行うと、図５の（ａ）に示すように、上段刃部２１の先端側から磨耗する。

上段刃部２１の磨耗の進行に伴い、母材１０の背面１４および前面１５が磨耗すると、図５の（ｂ）に示すように、上段刃部２１と母材１０との固定面積（ろう付け面積）が小さくなり、やがて上段刃部２１が剥がれ落ちる。

上段刃部２１が剥がれ落ちると、図５の（ｃ）および（ｄ）に示すように、下段刃部２２の先端部が露出する。下段刃部２２の露出とともに刃材２０の鋭さが復帰する。

以上、第二の実施の形態のカッタビット１によれば、上段刃部２１は欠損部１１にはめ込まれているため、衝撃により剥がれ落ちることがない。また、下段刃部２２は凹部１２に埋め込まれた状態で固定されているため、衝撃により剥がれ落ちることがない。
また、刃材２０が脱落することもないため、回収作業や回収装置が不要である。

刃材２０は、ろう付けされているため、線膨張係数の大きい母材１０が熱により刃材２０を締め付けて、ろう付け強度以上に固定されている。そのため、刃材２０が母材１０から脱落する可能性は低い。

また、刃材２０は、上段刃部２１と下段刃部２２との組み合わせにより、長い（高い）超硬チップが形成されるため、カッタビット１を交換することなく長期間掘進することができる。

一体に形成された母材１０に刃材２０を埋め込む構成であるため、母材（シャンク材）１０の一部が剥がれ落ちて、掘削機等に悪影響を及ぼすことがない。

上段刃部２１の後部に補助チップ１８が貼着されているため、上段刃部２１の後部の磨耗の進行が先行することを防止し、上段刃部２１が抜け落ちることが防止されている。
また、母材１０の背面１４に肉盛り溶接１９が施されているため、刃部２０よりも柔らかい素材からなる母材１０のみが先行して磨耗してしまうことが防止されている。
このように、補助チップ１８の貼着および肉盛り溶接１９が施されていることで、カッタビット１をより長く使用することができる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

本発明のカッタビット１は、トンネル施工に使用するシールド機、推進機、ＴＢＭや、現場打ち杭の施工、地中連続壁の施工等に伴う掘削孔や掘削溝等の施工に使用する掘削機等、あらゆる種類の掘削機に適用することができる。
また、カッタビット１は、先行ビット、メインビット、双頭ビット等、あらゆる種類のカッタビットに適用することができる。

カッタビット１をより長く使用することを目的として、母材１０の背面１４に補助チップ１８を貼着するとともに肉盛り溶接１９を施す場合について説明したが、補助チップ１８の貼着および肉盛り溶接１９は、必要に応じて行えばよく、省略してもよい。
また、補助チップ１８の貼着または肉盛り溶接１９のいずれか一方のみを行ってもよい。また、母材１０の前面１５や側面に対しても、肉盛り溶接を施したり超硬チップを貼着させてもよい。

１ カッタビット
１０ 母材
１２ 凹部
１３ 先端面
１８ 補助チップ（超硬チップ）
１９ 肉盛り溶接
２０ 刃材
２１ 上段刃部
２２ 下段刃部
３０ ろう付け

Claims (4)

1. 母材と前記母材に固定された刃材とを備えるカッタビットであって、
   前記母材には、その先端面に開口する凹部が形成されており、
   前記凹部の開口幅は、当該凹部の内部の最大幅寸法よりも小さく、
   前記刃材は、前記先端面に固着された上段刃部と凹部に埋め込まれた下段刃部とを有することを特徴とする、カッタビット。
2. 母材と前記母材に固定された刃材とを備えるカッタビットであって、
   前記母材には、その先端面に開口する凹部が形成されており、
   前記刃材は、前記先端面に固着された上段刃部と凹部に埋め込まれた下段刃部とを有しているとともに中央部にくびれ部分を有しており、
   前記くびれ部分は、前記凹部の開口部に位置していることを特徴とする、カッタビット。
3. 前記刃材が、前記母材にろう付けされていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のカッタビット。
4. 前記母材の背面に肉盛り溶接が施されるか、または、超硬チップが貼着されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカッタビット。

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