JP5793342B2 - 穿孔ビット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、削岩機やロックボルト等の先端に装着されて使用されるもので、超硬合金からなる複数の超硬合金ハウス形チップが台金のチップ装着面上に放射状に配設され、回転により複数の超硬合金ハウス形チップが当る位置をずらしながら前後方向の振動により穿孔対象物に対し衝撃を与えて穿孔（削孔）を行う穿孔を行う穿孔ビットに関する。

鉄製の台金にいわゆるハウス形（チゼル形等ともいう。）と呼ばれる超硬合金からなる複数の超硬合金ハウス形チップが設けられた穿孔ビットは、例えば、削岩機やロックボルト等の先端に装着されて、回転により複数の超硬合金ハウス形チップが当る位置をずらしながら前後方向の振動により穿孔対象物に対し衝撃を与えて穿孔行う。このような穿孔ビットでは、複数の超硬合金ハウス形チップを台座の先端部であるチップ装着面にロウ付けにより固着すると共に、台金の外周側面を窪ませて、スライム（くり粉）の排出溝を形成することが基本形態とされている（例えば、特許文献１、２参照。）。そして、かかる超硬合金ハウス形チップを採用した穿孔ビットは、ロックボルトの先端に装着して使用された場合、例えば、１分間に数百回転しながらその１０倍近い回数、穿孔ビットの軸心方向に前後方向に振動して、岩石等の穿孔対象物に打撃を加え、排出溝からロックボルトの後端部方向にスライム（くり粉）を排出しながら、穿孔ビットの最大外径に応じた削孔径の長孔を形成して進む。

特開平１１−１７００３５号公報 実開平６−６７５９３号公報

ところで、チップ装着面では、中心から離れ外周側に近づくほど、台金が回転する際の移動（回転）距離が長くなり、打撃による穿孔を受け持つ面積が増えるので、ハウス形チップに大きな穿孔（削孔）負荷がかかり、超硬合金ハウス形チップであることが不可欠である。

しかし、超硬合金ハウス形チップは、高価な超硬合金からなるため、超硬合金ハウス形チップの数が少ないほどコスト低減効果が大きい。特に、ロックボルトの先端に穿孔ビットを連結した自穿孔ロックボルトの場合、ロックボルトと穿孔ビットとをそのまま地中に埋め込む１回使い切りタイプのものであるため、なるべくコスト削減することが要求されている。

その一方、チップ装着面の中心側では、その中心に近づくほど、台金が回転する際の移動（回転）距離が短くなり、打撃による穿孔を受け持つ面積が狭くなるので、チップにかかる穿孔（削孔）負荷が小さく、超硬合金ハウス形チップを省略しても、あるいは超硬合金ハウス形チップより軟質なチップでも、穿孔能力にそれほど影響を与えることがない。

そこで、本発明は、穿孔能力は維持しつつも超硬合金ハウス形チップを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができる、穿孔ビットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の穿孔ビットは、超硬合金からなる複数の超硬合金ハウス形チップが台金のチップ装着面上に放射状に配設され、回転により前記複数の超硬合金ハウス形チップが当る位置をずらしながら前後方向の振動により穿孔対象物に対し衝撃を与えて穿孔を行う穿孔ビットであって、前記複数の超硬合金ハウス形チップのうち、一部の超硬合金ハウス形チップは、他の超硬合金ハウス形チップよりも長手方向の長さが短く、前記複数の超硬合金ハウス形チップそれぞれの外側端部が前記チップ装着面の最外周に沿って配設され、前記チップ装着面には、さらに、前記複数の超硬合金ハウス形チップのうち、長手方向の長さが短い超硬合金ハウス形チップのみに、その内側端部から前記チップ装着面の中心まで当該短い超硬合金ハウス形チップの先端形状と同じ形状で連続する前記台金と一体成形された台金一体ハウス形チップが設けられている、ことを特徴とする穿孔ビットである。
このようにすれば、穿孔負荷（穿孔量）の大きいチップ装着面の外周側には複数の超硬合金ハウス形チップの外側端部が並ぶ一方、穿孔負荷（穿孔量）の小さいチップ装着面の中心側には、長手方向の長さの短い超硬合金ハウス形チップの内側端部は並ばず、それが長い超硬合金ハウス形チップの内側端部のみが並ぶので、穿孔能力は維持しつつも超硬合金ハウス形チップを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができる。
また、穿孔負荷（穿孔量）の大きいチップ装着面の外周側には所定間隔で複数の超硬合金ハウス形チップが並ぶ一方、穿孔負荷（穿孔量）の小さいチップ装着面の中心側には、適宜、長さの長い複数の超硬合金ハウス形チップと、台金一体ハウス形チップとが並ぶので、台金一体ハウス形チップを設けない場合より、チップ装着面の中心側の穿孔能力を確保しつつも超硬合金ハウス形チップを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができる。

本発明の穿孔ビットでは、台金のチップ装着面上に放射状に設けられる複数の超硬合金ハウス形チップのうち、一部の超硬合金ハウス形チップは、他の超硬合金ハウス形チップよりも長手方向の長さが短く、それぞれの外側端部がほぼチップ装着面の外周側に沿って配設されているので、穿孔負荷（穿孔量）の大きいチップ装着面の外周側には、長手方向の長短にかかわらず各超硬合金ハウス形チップの外側端部が並ぶ一方、穿孔負荷（穿孔量）の小さいチップ装着面の中心側には、長手方向の長さが長い超硬合金ハウス形チップの内側端部のみ並ぶので、穿孔能力は維持しつつも超硬合金ハウス形チップを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができる。
また、穿孔負荷（穿孔量）の大きいチップ装着面の外周側には所定間隔で複数の超硬合金ハウス形チップが並ぶ一方、穿孔負荷（穿孔量）の小さいチップ装着面の中心側には、適宜、長さの長い複数の超硬合金ハウス形チップと、台金一体ハウス形チップとが並ぶので、台金一体ハウス形チップを設けない場合より、チップ装着面の中心Ｃ側の穿孔能力を確保しつつも超硬合金ハウス形チップを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができる。

本発明の実施形態の穿孔ビットの平面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１に示す実施形態の穿孔ビットの正面図、Ｉ−Ｉ線断面図である。 本発明の実施形態の穿孔ビットにロックボルトを連結し、自穿孔ロックボルトとして穿孔を行っている状態を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態の穿孔ビットのさらに他の例を示す平面図である。

次に、本発明にかかる穿孔ビットの実施形態について説明する。本実施形態の穿孔ビットは、例えば、削岩機やロックボルト、特に、ロックボルトの先端に装着されるもので、超硬合金からなる複数の超硬合金ハウス形チップが台金のチップ装着面上に放射状に配設され、回転により複数の超硬合金ハウス形チップが当る位置をずらしながら前後方向の振動により穿孔対象物に対し衝撃を与えて穿孔を行う穿孔ビットである。

図１は、実施形態の穿孔ビットＡの平面図である。また、図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図１に示す実施形態の穿孔ビットＡの正面図、Ｉ−Ｉ線断面図である。

実施形態の穿孔ビットＡは、ロックボルトの先端に装着されるもので、前述のように、超硬合金からなる複数の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eが台金１のチップ装着面１２上に放射状に配設され、回転により前記複数の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eが当る位置をずらしながら前後方向の振動により穿孔対象物に対し衝撃を与えて穿孔を行う穿孔ビットである。なお、穿孔ビットＡの回転数は、例えば、１分間に２００回転程度であり、前後方向の振動による打撃数は、１分間に約１８００回程度であり、回転数の９倍であり、１回の打撃で４０度ずつの穿孔ビットＡが回転することにより、ハウス形チップ２ａ〜２eが当る位置を回転させ、９回の打撃で１回転する。

台金１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、削岩機やロックボルト等の先端部（図示せず）が連結される連結面１１と、当該穿孔ビットＡの軸心方向に対し垂直な平面に複数の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eが配置されるチップ装着面１２と、連結面１１とチップ装着面１２との間に、穿孔（削孔）時に直進性を保つため当該穿孔ビットＡの中心Ｃを軸とした周側面を有する５個のガイド面１３ａ１〜１３ａ５と、そのガイド面１３ａ１〜１３ａ５より窪み、穿孔時に発生するスライムを排出するための複数の排出溝１３ｂ１１〜１３ｂ５１を形成する排出溝面１３ｂ１〜１３ｂ５が設けられた外周側面１３と、を有する。

連結面１１には、図１（ｂ）に示すように、圧縮空気圧送用の中空孔（図示せず）を備えた削岩機のロッドや中空ロッドからなるロックボルト等の先端部（図示せず）が螺合するネジ穴等の連結穴１１ａが形成されている。そして、連結穴１１ａの先端には、削岩機やロックボルト等の中空孔（図示せず）を介して送られてくる圧縮空気を各ブローホール１３ｂ１２〜１３ｂ５２に分岐するための圧縮空気溜り１１ａ２が設けられている。

チップ装着面１２は、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eを、当該穿孔ビットの中心Ｃに対し等角度すなわちほぼ７２度で、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eの中心側を離して配置し、ロウ付け等により固着している。なお、超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eは、両刃であり、その両刃は鋭角に形成された先端を有している。

ここで、超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eは、例えば、炭化タングステン等の超硬合金から構成されている。そのため、超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eは、高価であり、１回限りの使用を前提とする自穿孔ロックボルト用の穿孔ビットでは、なるべく、超硬合金の使用量を減らすことが要求されている。

そのため、本実施形態の穿孔ビットＡでは、例えば、図１（ａ），（ｂ）および図２（ａ），（ｂ）に示すように、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eのうち、２個の超硬合金ハウス形チップ２ｂ，２ｅを、他の３個の超硬合金ハウス形チップ２ａ，２ｃ，２ｄよりも長手方向の長さを短くしている。なお、これは一例であり、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eのうち、３個の超硬合金ハウス形チップの長さを短くしても良いし、４個の超硬合金ハウス形チップの長さを短くしても良い。以降、長手方向の長さが短い超硬合金ハウス形チップ２ｂ，２ｅを、短尺超硬合金チップと略して呼び、長手方向の長さが長い超硬合金ハウス形チップ２ａ，２ｃ，２ｄを、長尺超硬合金チップと略して呼ぶことにする。

そして、実施形態の穿孔ビットＡでは、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eそれぞれの外側端部２ａ１〜２e１は、チップ装着面１２の最外周であるガイド面１３ａ１〜１３ａ５の上端部に沿ってほぼ同一円周上に配設されている。なお、外側端部２ａ１〜２e１の配置の多少の凹凸は誤差の範囲である。

これに対し、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eそれぞれの外側端部２ａ１〜２e１をチップ装着面１２の最外周であるガイド面１３ａ１〜１３ａ５の上端部に沿って同一円周上に揃えて配設したため、長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｄの内側端部２ａ２，２ｃ２，２e２がチップ装着面１２の中心Ｃに近づく一方、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅの内側端部２ｂ２，２ｆ２は中心Ｃから離れた場所に位置することになる。

そのため、本実施形態の穿孔ビットＡでは、移動（回転）距離が長く、つまり穿孔範囲が広く穿孔負荷（穿孔量）の大きいチップ装着面１２の最外周には、全ての超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eの外側端部２ａ１〜２e１が並ぶ一方、移動（回転）距離が短く、つまり穿孔範囲が狭く穿孔負荷（穿孔量）の小さいチップ装着面１２の中心Ｃ側には、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅの内側端部２ｂ２，２ｆ２は並ばず、長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｄの内側端部２ａ２，２ｃ２，２e２のみが並ぶことになる。

これにより、本実施形態の穿孔ビットＡによれば、穿孔能力を維持しつつも超硬合金ハウス形チップを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができ、コストを削減して、安価な穿孔ビットを提供することができる。

また、本実施形態の穿孔ビットＡによれば、台金１の外周側面１３の形状に変更はないので、ガイド面１３ａ１〜１３ａ５の数や面積も従来と変わらず、穿孔ビットＡがブレずに、直進性を担保したまま効率よく穿孔（削孔）することができる。

そのため、実施形態の穿孔ビットＡでは、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅの内側端部２ｂ２，２ｆ２とチップ装着面１２の中心Ｃ側との間は、隙間が空くため、実施形態の穿孔ビットＡでは、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅの内側端部２ｂ２，２ｆ２からチップ装着面１２の中心Ｃまで連続して台金１と一体成形された台金一体ハウス形チップ１２ｂ，１２ｅを形成している。ここで、台金一体ハウス形チップ１２ｂと、台金一体ハウス形チップ１２ｅとは、チップ装着面１２の中心Ｃにおいて連続させている。

このようにすれば、穿孔負荷（穿孔量）の大きいチップ装着面１２の最外周には、所定間隔で５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eの外側端部２ａ１〜２e１が並ぶ一方、穿孔負荷（穿孔量）の小さいチップ装着面１２の中心Ｃ側には、適宜、長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｄの内側端部２ａ２，２ｃ２，２ｅ２と、台金一体ハウス形チップ１２ｂ，１２ｅとが並ぶので、台金一体ハウス形チップ１２ｂ，１２ｅを設けない場合より、チップ装着面１２の中心Ｃ側の穿孔能力を確保しつつも５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eを効率よく配置して、超硬合金の使用量を効率良く減らすことができる。

また、実施形態の穿孔ビットＡでは、チップ装着面１２上には、長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｄと、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅとを交互に配設していき、数が多い長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｄは余るので、長尺超硬合金チップ２ｃ，２ｄを連続して配設している。

その結果、チップ装着面１２上には、長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｄと、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅとが可能な範囲で交互に並ぶので、さらに、台金１の回転と相俟ってバランスよく穿孔することが可能となる。

図３は、実施形態の穿孔ビットＡにロックボルトＢを連結してなる自穿孔ロックボルトの形態で穿孔を行っている状態を示す図である。

図３に示すように、実施形態の穿孔ビットＡでは、台金１の外周側面１３の形状が、先端側であるチップ装着面１２から後端側である連結面１１側に向かうに従い細くなるように直線的にテーパー状に傾斜しているので、穿孔ビットＡの軸心方向に対し垂直な段部が形成されている台金のものと比較すると、自穿孔ロックボルトを引き戻そうとした場合には、スライムが削孔壁と穿孔ビットＡまたはロックボルトＢとの間を移動し易くなり、自穿孔ロックボルトの引き戻し操作が円滑になり、操作性（作業性）が向上する。

このように、実施形態の穿孔ビットＡをロックボルトＢ先端に連結した自穿孔ロックボルトでは、１回きりの使用となるので、前述のように、超硬合金の使用量を減らした本実施形態の穿孔ビットＡでは、コストの面で有効になる。

なお、本実施形態の穿孔ビットＡでは、説明の便宜上、５個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２eは、長手方向の長さが２種類の長さのものとして説明したが、本発明では、これに限定されるものではなく、超硬合金ハウス形チップの長手方向の長さは、３種類でも、４種類以上の長さでも良く、また、超硬合金ハウス形チップの数は、３個でも、４個でも、６個以上でも勿論よい。

また、図４（ａ）に示す穿孔ビットＡ’のように、４個の超硬合金ハウス形チップ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｅをほぼ９０度の角度で配設したり、図４（ｂ）に示す穿孔ビットＡ”のように、６個の超硬合金ハウス形チップ２ａ〜２ｃ，２ｅ〜２ｇをほぼ６０度の角度で配設するようにしても勿論よい。

具体的には、図４（ａ）に示す穿孔ビットＡ’の場合、４個の超硬合金ハウス形チップ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｅのうち、２個の長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃと、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅとを交互に配設し、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅの内側端部２ｂ２，２ｅ２とチップ装着面１２の中心Ｃ側との間は、隙間が空かないように、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅの内側端部２ｂ２，２ｅ２からチップ装着面１２の中心Ｃまで連続して台金１と一体成形された台金一体ハウス形チップ１２ｂ，１２ｅを形成している。ここで、台金一体ハウス形チップ１２ｂと、台金一体ハウス形チップ１２ｅとは、チップ装着面１２の中心Ｃにおいて連続して、隙間が空かないようにしている。

また、図４（ｂ）に示す穿孔ビットＡ”の場合、６個の超硬合金ハウス形チップチップ２ａ〜２ｃ，２ｅ〜２ｇのうち、３個の長尺超硬合金チップ２ａ，２ｃ，２ｆと、３個の短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅ，２ｇとを交互に配設し、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅ，２ｇの内側端部２ｂ２，２ｅ２，２ｇ２とチップ装着面１２の中心Ｃ側との間は、隙間が空かないように、短尺超硬合金チップ２ｂ，２ｅ，２ｇの内側端部２ｂ２，２ｅ２，２ｇ２からチップ装着面１２の中心Ｃまで連続して台金１と一体成形された台金一体ハウス形チップ１２ｂ，１２ｅ，１２ｇを形成している。ここで、台金一体ハウス形チップ１２ｂ，１２ｅ，１２ｇは、チップ装着面１２の中心Ｃにおいて連続して、隙間が空かないようにしている。

Ａ，Ａ’，Ａ” 穿孔ビット
Ｂ ロックボルト
１ 台金
１１ 連結面
１１ａ 連結穴
１２ チップ装着面
１３ 外周側面
１３ａ１〜１３ａ５ ガイド面
１３ｂ１〜１３ｂ５ 排出溝面
１３ｂ１１〜１３ｂ５１ 排出溝
１３ｂ１２〜１３ｂ５２ ブローホール
２ａ〜２ｇ 超硬合金ハウス形チップ
２ａ，２ｃ，２ｄ，２ｄ’，２ｆ 長尺超硬合金チップ
２ｂ，２ｅ，２ｇ 短尺超硬合金チップ
２ａ１，２ｂ１，２ｃ１，２ｄ１，２ｄ１’，２ｅ１，２ｆ１，２ｇ１ 外側端部
２ａ２，２ｂ２，２ｃ２，２ｄ２，２ｄ２’，２ｅ２，２ｆ２，２ｇ２ 内側端部
１２ｂ，１２ｅ，１２ｇ 台金一体ハウス形チップ

Claims (1)

1. 超硬合金からなる複数の超硬合金ハウス形チップが台金のチップ装着面上に放射状に配設され、回転により前記複数の超硬合金ハウス形チップが当る位置をずらしながら前後方向の振動により穿孔対象物に対し衝撃を与えて穿孔を行う穿孔ビットであって、
   前記複数の超硬合金ハウス形チップのうち、一部の超硬合金ハウス形チップは、他の超硬合金ハウス形チップよりも長手方向の長さが短く、前記複数の超硬合金ハウス形チップそれぞれの外側端部が前記チップ装着面の最外周に沿って配設され、
   前記チップ装着面には、さらに、
   前記複数の超硬合金ハウス形チップのうち、長手方向の長さが短い超硬合金ハウス形チップのみに、その内側端部から前記チップ装着面の中心まで当該短い超硬合金ハウス形チップの先端形状と同じ形状で連続する前記台金と一体成形された台金一体ハウス形チップが設けられている、
   ことを特徴とする穿孔ビット。

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