JP6024003B1 - 超硬チップ、及び、超硬チップを用いた掘削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】圧入又は焼嵌めによって掘削工具の嵌合穴に嵌め込まれる超硬チップにおいて、掘削工具から取り外すことができる超硬チップを提供する。【解決手段】超硬チップ２０は、掘削工具１０の嵌合穴１３に埋設される略円柱状の本体部２１と、本体部２１の先端側において中心部が膨出する形状に形成され、嵌合穴１３の外側に露出する先端部２２とを備え、超硬チップ２０の側面には、超硬チップ２０の高さ方向に延びる平坦面２５が形成され、平坦面２５は、超硬チップ２０の軸心に略平行に形成され、先端部２２において嵌合穴１３の外側に露出する高さまで延びている。【選択図】図２

Description

本発明は、超硬チップを用いた掘削工具等に関する。

従来から、ロックビットなど、超硬チップを用いた掘削工具が知られている。特許文献１には、地盤に埋設する鉄筋コンクリート杭の施工などに使用されるカッタービットが記載されている。

具体的に、特許文献１に記載のカッタービットは、回転体の先端部に取り付けられる鋼製シャンクと、鋼製シャンクの挿入穴に圧入される略円柱形状の超硬合金チップとを有する。超硬合金チップにおける略円柱形状の側面部分には、略三角形状の側面切欠部が形成されている。側面切欠部における先端側の略三角形状の辺は、超硬合金チップの円柱形状の中心軸からの距離が、円柱形状の後端面の半径より小さい。そのため、鋼製シャンクの挿入穴の内面と側面切欠部の間のスペースに、挿入穴の内面が押し込まれ、超硬合金チップを挿入穴に強固に取り付けることができる。

実用新案登録第３２０１６２５号公報

ところで、従来は、焼嵌め又は圧入によって掘削工具に取り付けられた超硬チップは、掘削工具が寿命を迎えると、掘削工具から取り外されることなく廃棄されていた。このような現状において、本願の発明者は、掘削工具から超硬チップを取り外して、超硬チップをリサイクルできる方が望ましいと考えた。しかしながら、特許文献１に記載の超硬合金チップを含めて従来の超硬チップは、掘削工具に超硬チップを強固に取り付けるための工夫が施されている一方で、掘削工具から超硬チップを取り外すことは考えられていない。そのため、従来は、掘削工具から超硬チップを取り外すことができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧入又は焼嵌めによって掘削工具の嵌合穴に嵌め込まれる超硬チップにおいて、掘削工具から取り外すことができる超硬チップを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するべく、第１の発明は、圧入又は焼嵌めによって、掘削工具の嵌合穴に嵌め込まれる超硬チップであって、掘削工具の嵌合穴に埋設される略円柱状の本体部と、本体部の先端側において中心部が膨出する形状に形成され、嵌合穴の外側に露出する先端部とを備え、当該超硬チップの側面には、超硬チップの高さ方向に延びる平坦面が形成され、平坦面は、超硬チップの軸心に略平行に形成され、先端部において嵌合穴の外側に露出する高さまで延びている。

第２の発明は、第１の発明において、平坦面は、本体部の後ろ端から、先端部において嵌合穴の外側に露出する高さまで延びている。

第３の発明は、第１又は第２の発明の超硬チップと、超硬チップが嵌合穴に嵌め込まれた頭部とを備えている掘削工具である。

第１の発明では、超硬チップの側面に、超硬チップの高さ方向に延びる平坦面が形成されている。この平坦面は、超硬チップの軸心に略平行に形成され、先端部において嵌合穴の外側に露出する高さまで延びている。

ここで、従来の超硬合金チップは、特許文献１の図４（ｃ）を見る限り、円柱部分の側面部分に形成された略三角形状の側面切欠部が、挿入穴の外側に露出していない。そのため、プライヤーやペンチ等の工具（以下、「引抜用工具」という。）によって超硬合金チップを掴むことができず、掘削工具から超硬合金チップを取り外すことができない。また、上述したように、側面切欠部における先端側の略三角形状の辺は、超硬合金チップの円柱形状の中心軸からの距離が、円柱形状の後端面の半径より小さい。逆に言えば、円柱形状の後端面の半径が先端側に比べて大きくなっている。そのため、仮に超硬合金チップを掴むことができたとしても、超硬合金チップを引き抜く際に、円柱形状の後端面が挿入穴の内面に引っ掛かり、超硬合金チップを引き抜くことはできない。

それに対し、第１の発明では、引抜用工具などによって超硬チップのうち平坦面を掴むことで、超硬チップをしっかり掴むことができる。そして、平坦面は超硬チップの軸心に略平行に形成されているため、嵌合穴の内面に平坦面が引っ掛かることなく、引抜用工具などを用いて掘削工具から超硬チップを引き抜くことができる。これにより、超硬チップのリサイクルを実現することができる。

第２の発明では、超硬チップの平坦面と円形断面の嵌合穴の内面との間に、隙間が形成される。ここで、この隙間がない場合は、例えばプレス圧入によって超硬チップを嵌合穴の奥まで挿入する際に、嵌合穴の底面と超硬チップとの間の空気の抵抗を受け、超硬チップを嵌合穴の奥まで挿入することが容易ではない。それに対し、第２の発明では、嵌合穴の底面と超硬チップとの間の空気が、上述の隙間から抜ける。そのため、空気の抵抗をほとんど受けることなく、超硬チップを嵌合穴の奥まで容易に挿入することができる。

掘削工具の構成図であり、（ａ）上面図、（ｂ）側面図 超硬チップの構成図であり、（ａ）正面図、（ｂ）背面図、（ｃ）右側面図、（ｄ）左側面図、（ｅ）上面図、（ｆ）下面図 その他の実施の形態に係る超硬チップの構成図であり、（ａ）正面図、（ｂ）背面図、（ｃ）右側面図、（ｄ）左側面図、（ｅ）上面図、（ｆ）下面図

以下、図１−図２を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

［１．掘削工具について］
掘削工具１０は、掘削工事（例えば、トンネル工事）に用いられる金属製の工具である。掘削工具１０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、超硬チップ２０が複数個埋め込まれたロックビットである。図１では、超硬チップ２０にハッチングを付けている。なお、掘削工具１０は、ロックビットに限定されず、他のタイプの掘削工具であってもよい。

掘削工具１０は、図１（ｂ）に示すように、頭部１２と、頭部１２の後ろ側に連続するスカート部１４とを備えている。頭部１２の先端面１２ａ及び外周傾斜面１２ｂには、複数の嵌合穴１３が形成されている。各嵌合穴１３は、断面形状が円形の穴である。つまり、各嵌合穴１３は、円柱形状の内面を有する。各嵌合穴１３には、焼嵌め又はプレス圧入によって超硬チップ２０が嵌め込まれている。超硬チップ２０の詳細は後述する。また、頭部１２には、後述するネジ穴に繋がるフェイスホール２４（冷却水用の穴）が形成されている。

スカート部１４は、後ろ側端面に開口するネジ穴（図示省略）が内部に形成されている。このネジ穴に、ドリリング機のロッドが螺合される。これにより、ドリリング機からの回転力及び衝撃力を掘削工具１０に伝達できるようになり、掘削工具１０を用いての掘削が可能となる。

［２．超硬チップについて］
超硬チップ２０は、先端が丸みを帯びた略弾丸状の超硬合金製のチップである。超硬チップ２０は、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、掘削工具１０の嵌合穴１３に埋設される本体部２１と、本体部２１の先端側において中心部が膨出する形状に形成され嵌合穴１３の外側に全体が露出する先端部２２とを備えている。

本体部２１は、側面２１ａの一部が切り欠かれた略円柱状に形成されている。本体部２１は、後端部２１ｂを除いて一様断面（つまり、直径が一様）に形成されている。本体部２１の直径は、嵌合穴１３の直径よりも僅かに大きい。一方、先端部２２は、本体部２１の先端側に連続して形成されている。先端部２２は、本体部２１と共に切り欠かれた箇所を除いて、略半球状の丸みを帯びた形状に形成されている。なお、超硬チップ２０では、直径が小さくなり始める高さが、本体部２１と先端部２２との境界である。

本体部２１の側面２１ａには、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、高さ方向に亘って延びる平坦面２５が形成されている。平坦面２５は、本体部２１の軸心に略平行に形成されている。図２（ｂ）に示すように、本体部２１では、平坦面２５の幅Ｗが高さ方向に亘って一様である。平坦面２５は、本体部２１の後ろ端から、先端部２２において嵌合穴１３の外側に露出する高さまで延びている。すなわち、平坦面２５は、本体部２１の上端を超えて、先端部２２にまで延びている。なお、平坦面２５は、本体部２１の後ろ端からではなく、本体部２１の途中から形成してもよい。

平坦面２５のうち、先端部２２に形成された部分２５ａは、引抜用工具によって掴むことが可能な幅Ｗ及び高さＨ２を有する。例えば、幅Ｗは５ｍｍ以上で、高さＨ２は２ｍｍ以上が望ましい。なお、平坦面２５は、例えばダイヤモンドカッターによる切断によって形成される。

超硬チップ２０の寸法の一例を示す。本体部２１は、直径が１８ｍｍで高さが１６ｍｍである。先端部２２は、高さが８ｍｍである。本体部２１の軸心から、平坦面２５の幅方向の中心位置までの距離は、１ｍｍである（つまり、ダイヤモンドカッターによる切断厚さは１ｍｍである）。平坦面２５は、幅Ｗが約８ｍｍで高さＨ１が約１８．５ｍｍ（そのうち先端部２２に形成された部分２５ａの高さＨ２は約２．５ｍｍ）である。なお、本発明は、これらの寸法には限定されるものではない。また、超硬チップ２０用の成形型に平坦面２５に対応する平坦面を形成して成形型内で超硬チップ２０を焼結させる際に、平坦面２５を形成してもよい。

［３．超硬チップの取り付け及び取り外し］
まず、頭部１２の嵌合穴１３に超硬チップ２０を取り付ける方法について説明する。

超硬チップ２０は、焼嵌めに又はプレス圧入よって嵌合穴１３に嵌め込む。具体的に、頭部１２に超硬チップ２０を取り付ける際は、焼嵌めの場合は、例えば４００〜６００℃程度に頭部１２を加熱膨張させて、嵌合穴１３を広がった状態にする。そして、この状態で、超硬チップ２０を嵌合穴１３の奥まで挿入する。その後、頭部１２の温度が低下すると、頭部１２及び嵌合穴１３の収縮に伴って、嵌合穴１３の内面が本体部２１の外面に押し付けられる。これにより、超硬チップ２０は嵌合穴１３に強固に嵌め込まれた状態となる。一方、プレス圧入の場合は、嵌合穴１３の直径（例えば１３ｍｍ）に対し例えば１．０２〜１．０３倍に超硬チップ２０の直径を形成し、超硬チップ２０を嵌合穴１３の位置に合わせて、プレスによって超硬チップ２０を嵌合穴１３の奥まで圧入する。なお、本実施の形態では、本体部２１の高さが、嵌合穴１３の深さよりも少しだけ大きい。超硬チップ２０は、本体部２１の略全体が嵌合穴１３に埋設されるが、先端側の一部だけが嵌合穴１３の外側に露出している。

また、本実施の形態では、超硬チップ２０の各平坦面２５と嵌合穴１３の内面との間に、比較的大きな隙間（深さ方向に一様断面の隙間）が形成される。ここで、この隙間がない場合は、例えばプレス圧入によって超硬チップ２０を嵌合穴１３に挿入する際に、嵌合穴１３の底面と超硬チップ２０との間の空気の抵抗を受け、超硬チップ２０を嵌合穴１３の奥まで挿入することが容易ではない。それに対し、本実施の形態では、嵌合穴１３の底面と超硬チップ２０との間の空気が、上述の隙間から抜ける。そのため、プレス圧入の際に空気の抵抗をほとんど受けることなく、超硬チップ２０を嵌合穴１３の奥まで容易に挿入することができる。

続いて、頭部１２の嵌合穴１３から超硬チップ２０を取り外す方法について説明する。

超硬チップ２０を取り外す際も、例えば７００℃程度に頭部１２を加熱膨張させて、嵌合穴１３を広がった状態にする。そして、引抜用工具によって、超硬チップ２０の先端部２２のうち平坦面２５とその対抗部分とを掴むことで、超硬チップ２０をしっかり掴むことができる。平坦面２５は超硬チップ２０の軸心に略平行に形成されているため、嵌合穴１３の内面に平坦面２５が引っ掛かることなく、引抜用工具などを用いて掘削工具１０から超硬チップ２０を引き抜くことができる。これにより、超硬チップ２０のリサイクルを実現することができる。

［４．その他の実施の形態］
上記実施の形態では、超硬チップ２０の先端部２２の形状が略半球状であったが、この形状に限定されることはなく、特許文献１に記載の超硬合金チップのように先端部２２の先端が尖っていてもよい。

また、上記実施の形態では、図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、超硬チップ２０の側面に互いに対向する一対の平坦面２５を形成してもよい。各平坦面２５は、超硬チップ２０の軸心に略平行に、先端部２２において嵌合穴１３の外側に露出する高さまで形成する。

本発明は、超硬チップを用いた等に適用可能である。

１０ 掘削工具
１３ 嵌合穴
２０ 超硬チップ
２１ 本体部
２２ 先端部
２５ 平坦面

Claims (3)

1. 圧入又は焼嵌めによって、掘削工具の嵌合穴に嵌め込まれる超硬チップであって、
   前記掘削工具の嵌合穴に埋設される略円柱状の本体部と、
   前記本体部の先端側において中心部が膨出する形状に形成され、前記嵌合穴の外側に露出する先端部とを備え、
   当該超硬チップの側面には、前記超硬チップの高さ方向に延びる平坦面が形成され、
   前記平坦面は、前記超硬チップの軸心に略平行に形成され、前記先端部において前記嵌合穴の外側に露出する高さまで延びていることを特徴とする、超硬チップ。
2. 前記平坦面は、前記本体部の後ろ端から、前記先端部において前記嵌合穴の外側に露出する高さまで延びていることを特徴とする、請求項１に記載の超硬チップ。
3. 請求項１又は２に記載された超硬チップと、
   前記超硬チップが嵌合穴に嵌め込まれた頭部とを備えていることを特徴とする、掘削工具。
   
   

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