JP7302857B2 - ビット及び穿孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート構造物や岩盤などを穿孔するためのビット、及び当該ビットを備えた穿孔装置に関する。

岩盤の破砕工事やコンクリート構造物の解体工事では、ドリルを用いて岩盤やコンクリート構造物に穴を開ける。このようなドリルには、ビットが取り付けられる（特許文献１）。

特開２０１３－０３２６６９号公報

特許文献１のビットでは、ビット本体とビット頭部とが一体成形されている。そのため、ビット頭部のみに摩耗や破損が生じた場合であっても、ビット本体も交換する必要がある。

本発明は、穿孔工事におけるコストを低減可能なビット、及び当該ビットを備えた穿孔装置を提供することを目的とする。

本願は以下に掲げる態様の発明を提供する。
（項目１）
穿孔装置のドリルロッドに接続され、穿孔対象物を穿孔するビットであって、
座部と、
前記座部とは別部材から成り、前記座部に接続されると共に前記座部から取り外し可能なヘッドと、
を備えるビット。

（項目２）
前記座部は、第一端面と、前記第一端面とは反対側の第二端面と、側面とを備え、前記第二端面はネジ部を有する凸部又は凹部の一方を有し、前記側面は、前記第二端面に向けて縮径するよう傾斜する傾斜面を有し、
前記ヘッドは、第一端面と、前記第一端面とは反対側の第二端面と、側面とを備え、前記第一端面は、前記座部のネジ部と螺合するネジ部を備えた凸部又は凹部の他方を有し、
前記座部はその第二端面が、前記ヘッドの第一端面と対向するよう配置され、前記凸部又は凹部の一方が前記凸部又は凹部の他方に螺合され、
前記座部と前記ヘッドとは、前記座部の前記傾斜面と前記ヘッドの前記第一端面との間に形成される空間に溶接部を形成することで接続されている、
項目１に記載のビット。

（項目３）
前記ビットの外面の一部を構成すると共に、前記穿孔対象物に形成される穴の側面との間の隙間の大きさを調節する隙間調節部材をさらに備える、
項目１又は２に記載のビット。

（項目４）
前記座部と間隔をあけて配置されるアダプタと、
前記座部と前記アダプタとを連結する連結ロッドであって、一端部が前記アダプタに取り外し可能に接続され、他端部が前記座部に取り外し可能に接続される連結ロッドと、
をさらに備え、
前記隙間調節部材は、前記連結ロッド及び前記座部を収容すると共に、前記ヘッドと前記アダプタとの間に挟まれることで固定されており、前記アダプタを前記連結ロッドから取り外すことで取り外し可能になる、
項目３に記載のビット。

（項目５）
ドリルロッドと、
前記ドリルロッドに接続される項目１から４のいずれか１項に記載のビットと、
を備える穿孔装置。

本発明のビットでは、ヘッドと座部とが別部材から成り、ヘッドは座部から取り外し可能である。したがって、ヘッドのみが摩耗や破損した場合には、ヘッドのみを取り替えればよく、座部は再利用することができる。そのため、穿孔工事におけるコストを低減することができる。

穿孔装置の斜視図である。 穿孔装置の断面図である。 穿孔装置の使用状態を表す部分断面図であり、（ａ）穿孔前の部分断面図、（ｂ）穿孔中の部分断面図である。 （ａ）ヘッド及び座部の斜視図、（ｂ）（ａ）とは別の角度から見たヘッド及び座部の斜視図である。 （ａ）ヘッドの底面図、（ｂ）ヘッド及び座部の側面図、（ｃ）（ａ）のＶｃ－Ｖｃ線断面図である。

本発明の穿孔装置及びビットについて図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施形態は、本発明の好ましい一具体例を示すものである。本発明は、以下の実施形態に限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明は、コンクリート構造物や岩盤など（以下では、これらを「穿孔対象物Ｘ」と表記する。）を穿孔するための穿孔装置１、及び穿孔装置１に取付可能なビット２に関する。図１は穿孔装置１の斜視図である。図２は穿孔装置１の断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）は穿孔装置１の使用状態を表す部分断面図である。説明の便宜上、図１の上及び下をそれぞれ穿孔装置１及びビット２の上及び下として説明する。

＜１ 穿孔装置＞
穿孔装置１は、ビット２と、ドリルロッド３と、駆動装置（不図示）とを備える。ドリルロッド３はパイプから成り、先端に雄ネジを有する。ビット２はドリルロッド３の先端に取り付けられている。ドリルロッド３の中心軸とビット２の中心軸とは同軸であり、この中心軸を中心軸Ｏと表記する。駆動装置は、ドリルロッド３（つまり、ビット２）を回転させるための装置であり、ドリルロッド３と接続されている。なお、以下で「軸方向」とは、「中心軸Ｏに沿った方向」を意味する。

図３に示すように、穿孔装置１は、駆動装置によりドリルロッド３及びビット２を回転させ、ビット２の先端を穿孔対象物Ｘに当接させることにより、穿孔対象物Ｘを破砕する。穿孔装置１には、その駆動中に、コンプレッサ又はポンプ等（不図示）から、空気又はミスト状の液体などの流体が送り込まれる。流体は、ドリルロッド３を通してビット２に送られ、ビット２から噴出される。流体及び穿孔対象物Ｘの破砕片は、集塵機（不図示）によって、穿孔対象物Ｘに形成された穴の側面とビット２との間の隙間Ｓから吸い上げられる。

＜２ ビット＞
以下では、ビット２の構造について詳細に説明する。

図２に示すように、ビット２は、ヘッド２１と、座部２２と、チップ２３と、アダプタ２４と、連結ロッド２５と、隙間調節部材２６と、を備える。これらの部材はいずれも同一の中心軸Ｏを有する。ヘッド２１は座部２２に取り付けられている。アダプタ２４にはドリルロッド３が接続されている。アダプタ２４の一部及び座部２２は隙間調節部材２６内に嵌合されている。連結ロッド２５はパイプから成り、その両端にはそれぞれ雄ネジが形成されている。アダプタ２４と座部２２とは連結ロッド２５を介して連結されている。つまり、連結ロッド２５の一端部には座部２２が接続され、連結ロッド２５の他端部にはアダプタ２４が接続されている。

＜２－１ ヘッド及びチップ＞
図４（ａ）及び（ｂ）はヘッド２１及び座部２２の斜視図である（図４（ｂ）は図４（ａ）とは異なる角度から見た斜視図である）。図５（ａ）はヘッド２１の底面図、図５（ｂ）はヘッド２１及び座部２２の側面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ－Ｖｃ線断面図である。なお、図５（ｂ）及び（ｃ）では、図２と異なり、明確性のため溶接部Ｗは省略している。

主に図４及び図５を参照して、ヘッド２１及びチップ２３について説明する。ヘッド２１は、例えばクロムモリブデン鋼などの金属製である。ヘッド２１は略円柱状であり、第一端面２１１と、第一端面２１１とは反対側の第二端面２１２と、側面２１３と、を備える。側面２１３の直径は、隙間調節部材２６の外径よりも大きい（図２参照）。

第一端面２１１は座部２２に接続される側の面である。図５（ｃ）に示すように、第一端面２１１には、中心軸Ｏを中心とする円筒状の凸部２１４が設けられている。凸部２１４の外周面には雄ネジが形成されている。後述するように、凸部２１４は座部２２の凹部２２８と螺合され、第一端面２１１は座部２２の第二端面２２２と当接する。

第二端面２１２には、複数のチップ２３が取り付けられている。チップ２３は例えば超硬合金製である。チップ２３は、例えば先端に向かうにしたがい先細りする円錐形状である。

図５（ｃ）に示すように、ヘッド２１は、第一内部流路２１５と、第二内部流路２１６と、端面流路２１７と、側面流路２１８と、を備える。

第一内部流路２１５及び第二内部流路２１６には、ドリルロッド３を通って送られた流体が流れる。流体は、第一内部流路２１５及び第二内部流路２１６の第一端面２１１側から流入し、それらの第二端面２１２側から噴出される。

第一内部流路２１５は、ヘッド２１の中心を、軸方向に貫通している。第二内部流路２１６は、ヘッド２１内を、第一端面２１１の中心から径方向外側に第二端面２１２に向けて直線状に傾斜するよう貫通している。第二内部流路２１６の第一端面２１１側は、第一内部流路２１５と連通している。第二内部流路２１６の第二端面２１２側は、第二端面２１２の周縁よりも径方向内側で終端している。図５（ａ）に示すように、本実施形態において、ヘッド２１には三つの第二内部流路２１６が設けられており、三つの第二内部流路２１６は周方向に等間隔あけて形成されている。

端面流路２１７及び側面流路２１８は、ヘッド２１により破砕された穿孔対象物Ｘの破砕片及び流体を回収する際に、これらを通過させるための流路である。

図４（ａ）に示すように、端面流路２１７は、第二端面２１２に設けられた溝である。端面流路２１７にはチップ２３は設けられていない。端面流路２１７は、ヘッド２１の中心よりも径方向外側の位置から第二端面２１２の周縁まで、径方向外側に向けて直線状に延びている。端面流路２１７は、第二内部流路２１６と連通している。つまり、第二内部流路２１６は、溝状の端面流路２１７内で開口している。本実施形態では、三つの端面流路２１７が、ヘッド２１の周方向に等間隔あけて設けられている。

図４（ａ）に示すように、側面流路２１８は、側面２１３に設けられた溝である。側面流路２１８は、ヘッド２１の中心に向けて曲面状に凹んでいる。また、側面流路２１８は、側面２１３の、軸方向における全長に亘って延びている。側面流路２１８の幅は、端面流路２１７の幅よりも大きい。図５（ａ）に示すように、本実施形態では、六つの側面流路２１８が、ヘッド２１の周方向に等間隔あけて設けられている。六つの側面流路２１８のうち、三つの側面流路２１８は、三つの端面流路２１７とそれぞれ連通している。

前記の通り、第一内部流路２１５及び第二内部流路２１６を通過した流体は、ヘッド２１の第二端面２１２側から噴出される。その後、流体は、破砕片と共に端面流路２１７を通り、次に側面流路２１８を通過する。そして、図３に示すように、穿孔対象物Ｘに形成された穴の側面と隙間調節部材２６の外面との間の隙間Ｓを通って吸い上げられる。

＜２－２ 座部＞
図４及び図５を参照して座部２２について説明する。座部２２は、例えばクロムモリブデン鋼などの金属製であり、ヘッド２１とは別部材から成る。座部２２は、第一端面２２１と、第二端面２２２と、第一側面２２３と、第二側面２２４と、第三側面２２５と、を備える。

第一端面２２１は円形の面である。第二端面２２２は第一端面２２１とは反対側の円形の面であり、第一端面２２１よりも大径である。また、第二端面２２２はヘッド２１に接続される側の面であり、ヘッド２１の第一端面２１１と当接している。

第一側面２２３は円錐台の側面であり、第一端面２２１に向けて縮径するよう直線状に傾斜している。第二側面２２４は円柱の側面であり、第一側面２２３と連続し、且つ、中心軸Ｏと平行に延びている。第三側面２２５は円錐台の側面であり、第二側面２２４と連続し、且つ、第二端面２２２に向けて縮径するよう直線状に傾斜している。座部２２の側面の最大径（本実施形態では、第二側面２２４の直径）は、ヘッド２１の側面２１３の直径よりも小さく、また、隙間調節部材２６の内径よりもわずかに小さい。

第三側面２２５は第二端面２２２に向けて縮径するよう傾斜しているため、第三側面２２５と、ヘッド２１の第一端面２１１との間には空間Ｔが形成される。

ヘッド２１及び座部２２の寸法は、一例として、以下の通りである。ヘッド２１の側面２１３の直径は３５０ｍｍであり、凸部２１４を除いたヘッド２１の高さは１００ｍｍである。座部２２の第二側面２２４の直径は２８５ｍｍであり、座部２２の高さは１５２ｍｍである。空間Ｔの幅は１７．５ｍｍであり、空間Ｔの高さは２０ｍｍである。

図５（ｃ）に示すように、座部２２には、連結ロッド２５が取り付けられる取付穴２２６が形成されている。取付穴２２６は、座部２２の第一端面２２１の中心から座部２２の上下方向における中央付近まで、軸方向に座部２２の内部に向けて延在している。取付穴２２６の内面には、連結ロッド２５の雄ネジが螺合する雌ネジが形成されている。

座部２２には、さらに、取付穴２２６と連通し、且つ、座部２２の第二端面２２２まで貫通する流路２２７が形成されている。流路２２７には流体が流れる。流路２２７は、ヘッド２１の第一内部流路２１５及び第二内部流路２１６と連通している。

第二端面２２２には、中心軸Ｏを中心とする円筒状の凹部２２８が設けられている。凹部２２８は、ヘッド２１の凸部２１４と相補的形状を有している。そして、凹部２２８の内周面には凸部２１４の雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。

ヘッド２１と座部２２とを接続する際には、まず、ヘッド２１の凸部２１４を座部２２の凹部２２８に螺合させると共に、ヘッド２１の第一端面２１１と座部２２の第二端面２２２とを当接させる。次に、空間Ｔに溶接により溶接材料を溶かし、座部２２の全周に亘って溶接部Ｗを形成する（図２参照）。こうして、ヘッド２１と座部２２とが接続される。ヘッド２１と座部２２とを接続する際には、溶接材料が座部２２の第二側面２２４よりも径方向外側にはみ出さないように行われる。

ヘッド２１と座部２２との溶接による接合強度は、ビット２の使用時に、ヘッド２１が座部２２から外れないような（つまり、ヘッド２１の凸部２１４と座部２２の凹部２２８とのネジ接続が緩まないような）最小限の接合強度であることが好ましい。これは、本発明のビット２では、チップ２３及びヘッド２１が摩耗や破損した際に、使用済みのヘッド２１を座部２２から取り外して新しいヘッド２１と交換することを意図しているため、必要以上に接合強度を高めると、使用済みのヘッド２１を座部２２から取り外すときに手間が掛かるためである。本実施形態では、空間Ｔの容積は小さいため、空間Ｔに形成される溶接部Ｗによる接合強度は、上記の条件を満たしている。

＜２－３ アダプタ＞
図２を参照してアダプタ２４について説明する。アダプタ２４はドリルロッド３を接続するための部材である。アダプタ２４は、例えばクロムモリブデン鋼などの金属製である。アダプタ２４は、第一端面２４１と、第二端面２４２と、第一側面２４３と、第二側面２４４と、第三側面２４５と、を備える。

第一端面２４１は円形の面である。第二端面２４２は第一端面２４１とは反対側の円形の面であり、第一端面２４１よりも大径である。

第一側面２４３は円錐台の側面であり、第一端面２４１に向けて縮径するよう傾斜している。第二側面２４４は円柱の側面であり、第一側面２４３と連続し、且つ、中心軸Ｏと平行に延びている。第三側面２４５は円柱の側面であり、中心軸Ｏと平行に延びている。第三側面２４５の直径は、第二側面２４４の直径よりも小さい。したがって、第二側面２４４と第三側面２４５との間には肩部２４６が形成される。肩部２４６は第一端面２４１及び第二端面２４２と平行な平面である。第二側面２４４と第三側面２４５とは、この肩部２４６を介して連続している。第二側面２４４の直径は隙間調節部材２６の外径と略同じである。第三側面２４５の直径は座部２２の第二側面２２４の直径と略同じであり、隙間調節部材２６の内径よりもわずかに小さい。

アダプタ２４には、ドリルロッド３が取り付けられる取付穴２４７が形成されている。取付穴２４７は、アダプタ２４の第一端面２４１の中心からアダプタ２４の上下方向における中心よりもやや上方の位置まで、軸方向にアダプタ２４の内部に向けて延在している。取付穴２４７の内面には、ドリルロッド３の雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。また、アダプタ２４には、連結ロッド２５が取り付けられる取付穴２４８が形成されている。取付穴２４８は、アダプタ２４の中心に設けられており、取付穴２４７よりも下方の位置から第二端面２４２まで、軸方向に延在している。取付穴２４８の内面には、連結ロッド２５の雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。取付穴２４７と取付穴２４８とは、連通穴２４９を介して連通している。

＜２－４ 隙間調節部材＞
図２を参照して隙間調節部材２６について説明する。隙間調節部材２６は、パイプから成り、例えば鋼管から成る。隙間調節部材２６は、アダプタ２４とヘッド２１との間に配置されており、ビット２の外面の一部を構成している。

隙間調節部材２６は、隙間Ｓの大きさを調節するために設けられている。前記の通り、破砕片は、集塵機により、隙間Ｓを通って吸い上げられる（図３参照）。このとき、隙間Ｓが大きすぎると、吸引力が弱まり、破砕片が吸い上げられない。そこで、隙間調節部材２６によって、隙間Ｓの大きさを狭くしている。

なお、隙間Ｓの大きさが小さすぎると（つまり、隙間調節部材２６の外径が大きすぎると）、集塵機に負荷が掛かる。そのため、隙間調節部材２６の外径は、穿孔対象物Ｘに形成される穴の直径（つまり、ヘッド２１の側面２１３の直径）や、集塵機の吸引能力を考慮して適宜決定される。

隙間調節部材２６は、アダプタ２４を連結ロッド２５に螺合することにより、アダプタ２４とヘッド２１とによって挟まれる。詳細には、軸方向における隙間調節部材２６の一方側の内部には座部２２が嵌合されており、隙間調節部材２６の一端部はヘッド２１の第一端面２１１と当接している。座部２２の第二側面２２４の直径は隙間調節部材２６の内径よりもわずかに小さいだけであるため、座部２２は隙間調節部材２６内にガタつきがないよう収容される。ヘッド２１の側面２１３の直径は隙間調節部材２６の外径よりも大きいため、ヘッド２１の側面２１３は隙間調節部材２６の外面よりも外側に位置する。

軸方向における隙間調節部材２６の他方側の内部にはアダプタ２４の第三側面２４５が嵌合されており、隙間調節部材２６の他端部はアダプタ２４の肩部２４６に当接している。アダプタ２４の第三側面２４５の直径は隙間調節部材２６の内径よりもわずかに小さいだけであるため、アダプタ２４の第三側面２４５は隙間調節部材２６内にガタつきがないよう収容される。隙間調節部材２６の外径はアダプタ２４の第二側面２４４の直径と略同じであるため、隙間調節部材２６の外面とアダプタ２４の第二側面２４４とは略面一となる。

こうして、隙間調節部材２６は、アダプタ２４とヘッド２１との間に、ガタつきがないよう強固に挟まれる。

＜３ 穿孔装置の使用方法＞
図３を参照して、穿孔装置１の使用方法について説明する。穿孔装置１は、ヘッド２１の第二端面２１２が穿孔対象物Ｘと対向するよう配置される。そして、駆動装置によってビット２を回転させ、ヘッド２１により穿孔対象物Ｘを穿孔する。穿孔装置１の駆動中に、流体は、コンプレッサ又はポンプ等によってドリルロッド３に送られる。その後、流体は、連結ロッド２５、並びに第一内部流路２１５及び第二内部流路２１６の順に通過し、ヘッド２１の第二端面２１２側から噴出される。集塵機の吸引力により、流体は、破砕片と共に、端面流路２１７及び側面流路２１８を通り、さらに、隙間Ｓを通って、吸い上げられる。

チップ２３及びヘッド２１が摩耗又は破損した場合には、ビット２を分解してヘッド２１を交換する必要がある。ビット２を分解するには、まず、アダプタ２４を連結ロッド２５から外す。隙間調節部材２６はアダプタ２４とヘッド２１との間に挟まれているだけであるため、アダプタ２４を外せば、隙間調節部材２６も取り外し可能になる。隙間調節部材２６を取り外すと、溶接部Ｗ（図２参照）が外部に露出する。溶接部Ｗをグラインダ等の工具によって削ることで、ヘッド２１を座部２２から取り外すことができる。

＜４ 特徴＞
本発明のビット２では、ヘッド２１と座部２２とが別部材から成り、ヘッド２１と座部２２とは分離可能である。したがって、チップ２３及びヘッド２１が摩耗や破損した場合、使用済みのヘッド２１のみを新しいヘッド２１と取り替えればよく、座部２２は再利用することができる。その結果、穿孔工事におけるコストを削減することができる。

アダプタ２４と連結ロッド２５、及び、座部２２と連結ロッド２５とはネジによる接続であり、また、隙間調節部材２６はアダプタ２４とヘッド２１との間に挟まれているだけであるため、ビット２を簡単に分解できる。そして、ビット２を分解すると溶接部Ｗは外部に露出するため、溶接部Ｗの除去作業が行いやすい。

座部２２の第一側面２２３は第一端面２２１に向けて縮径するよう傾斜しているため、隙間調節部材２６内に座部２２を収容する際に、隙間調節部材２６が第一側面２２３に引っ掛かることがない。つまり、隙間調節部材２６を座部２２に取り付けやすくなる。

隙間調節部材２６を設けることにより、隙間Ｓの大きさを調節できる。つまり、隙間調節部材Ｓを設けることにより、隙間Ｓの大きさを、破砕片や流体を効率的に吸引することが可能な大きさに調節できる。

＜４ 変形例＞
ヘッド２１に雄ネジを有する凸部２１４、座部２２に雌ネジを有する凹部２２８を設ける代わりに、ヘッド２１に雌ネジを有する凹部を設け、座部２２に雄ネジを有する凸部を設けるようにしてもよい。

１ 穿孔装置
２ ビット
２１ ヘッド
２１１ 第一端面
２１２ 第二端面
２１３ 側面
２１４ 凸部
２２ 座部
２２１ 第一端面
２２２ 第二端面
２２３ 第一側面
２２４ 第二側面
２２５ 第三側面（傾斜面）
２２８ 凹部
２４ アダプタ
２５ 連結ロッド
２６ 隙間調節部材
３ ドリルロッド
Ｓ 隙間
Ｔ 空間
Ｗ 溶接部

Claims (4)

1. 穿孔装置のドリルロッドに接続され、穿孔対象物を穿孔するビットであって、
   座部と、
   前記座部とは別部材から成り、前記座部に接続されると共に前記座部から取り外し可能なヘッドと、
   を備え、
   前記座部は、第一端面と、前記第一端面とは反対側の第二端面と、側面とを備え、前記第二端面はネジ部を有する凸部又は凹部の一方を有し、前記側面は、前記第二端面に向けて縮径するよう傾斜する傾斜面を有し、
   前記ヘッドは、第一端面と、前記第一端面とは反対側の第二端面と、側面とを備え、前記第一端面は、前記座部のネジ部と螺合するネジ部を備えた凸部又は凹部の他方を有し、
   前記座部はその第二端面が、前記ヘッドの第一端面と対向するよう配置され、前記凸部又は凹部の一方が前記凸部又は凹部の他方に螺合され、
   前記座部と前記ヘッドとは、前記座部の前記傾斜面と前記ヘッドの前記第一端面との間に形成される空間に溶接部を形成することで接続されている、
   ビット。
2. 前記ビットの外面の一部を構成すると共に、前記穿孔対象物に形成される穴の側面との間の隙間の大きさを調節する隙間調節部材をさらに備える、
   請求項１に記載のビット。
3. 前記座部と間隔をあけて配置されるアダプタと、
   前記座部と前記アダプタとを連結する連結ロッドであって、一端部が前記アダプタに取り外し可能に接続され、他端部が前記座部に取り外し可能に接続される連結ロッドと、
   をさらに備え、
   前記隙間調節部材は、前記連結ロッド及び前記座部を収容すると共に、前記ヘッドと前記アダプタとの間に挟まれることで固定されており、前記アダプタを前記連結ロッドから取り外すことで取り外し可能になる、
   請求項２に記載のビット。
4. ドリルロッドと、
   前記ドリルロッドに接続される請求項１から３のいずれか１項に記載のビットと、
   を備える穿孔装置。

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