JPH04202994A

JPH04202994A - 岩石の切削用チツプ及び切削方法

Info

Publication number: JPH04202994A
Application number: JP33597990A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Honma; 本間　良治
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）この発明は、岩石又は岩盤の切削用チップと、そのチッ
プを用いて岩石又は岩盤を切削又は掘削する方法に関す
るものである。（従来の技術）岩盤を機械的に掘削するには色々な方法かある。例えば、（イ）切削刃を持ったビットで岩盤を削って行
く通常の切削ビットによる方法、（ロ）ローラービット
やジスフカツタ−のように岩盤を圧壊して行く方法、（
ハ）削岩機のクロスビットやダウンザホールのポタンヒ
ッ）・のように打撃により掘削する方法、（ニ）ダイヤ
モンドホルンクラウンのように、超硬質材料をビットの
先に付けて、これを岩盤に押しつけて摺動させ、岩盤を
擦り減らして切削又は掘削する方法、（ホ）ダイヤモン
ドインプリピットのように、超硬質材料の粒をマトリッ
クス中に分散させて固結し、これを岩盤に押しつけつつ
摺動させ、岩盤を擦り減らして掘削する方法などがある
。これらの方法は、諸般の状況に応じて選択して使用さ
れた。例えば、軟岩の切削や掘削には（イ）の方法が用
いられ、硬岩に対しては、トンネルの掘削用には（ロ）
又は（）１）の方法が用いられ、岩石加工では（ニ）又
は（ホ）の方法が用いられた。しかし、これらの方法には何れも欠点があった。その欠点は、切削又は掘削に用いるチップにあった。具
体的に云えば、（イ）の方法では切削刃としてタングス
テンカーバイド製のチップが用いられたが、これで硬岩
を切削すると、刃先が磨耗し易く、従って刃先を頻繁に
交換しなければならないという欠点があった。刃先の磨
耗を防ごうとして磨耗し難い材料を用いると、脆くて欠
損し易くなるために、上記の欠点を改良することは困難
であった。又（ロ）及び（ハ）の方法によると、岩盤に
節理や亀裂のある場合には能率よく掘削できるか、節理
や亀裂のない岩盤では極端に掘削することが困難になる
という欠点があった。さらにこの方法は、岩盤を圧壊す
る機構であるため、石材の切削や岩盤面の溝掘りには使
用できない、という欠点があった。硬岩を切削又は掘削するのに最もすぐれている方法は、
ダイヤモンドインプリピットを岩盤に押しつけて摺動さ
せる方法である。この方法によれば、硬岩を能率よく切
削又は掘削して行くことができる。そのため、この方法
は石材の切断や加工や、岩盤の溝切りなどに使用された
。しかし、この方法もダイヤモンドインブリチップの消
耗か大きく、従ってコスト高になるという欠点かあった
。その理由は次のとおりである。ダイヤモンドインブリチップは、マトリックスと呼ばれ
る硬質材料製のブロックの中に、ダイヤモンドの細粒を
分散させ固結したものである。このチップを岩石に押し
つけて摺動させると、マトリックスが磨耗して、中に分
散しているダイヤモンド粒子が摺動面に現れ、硬岩を切
削することになる。ところが、このチップは、マトリッ
クスが磨耗し易く、マトリックスが磨耗すると、ダイヤ
モンド粒子が支持を失って離脱し易くなる、という欠点
があった。ダイヤモンド粒子が離脱すると、マトリック
スは硬岩の切削能力が無いので、硬岩を切削することが
できず、その奥に埋まっているダイヤモンド粒子が露出
するまでは、硬岩を切削することができない。だから、
ダイヤモンドインブリチップは消耗の大きいものとなっ
た。他方、消耗を防ぐためには、マトリックスを磨耗し
軽い材料で作ることが考えられるか、マトリックスを磨
耗し雛い材料で作ったのでは、硬岩の切削力が著しく低
下するので、マトリックスを磨耗し難い材料で作ること
もできなかった。従って、ダイヤモンドインブリチップ
は、何れにしても消耗の激しいものであることを免れ得
なかった。（発明が解決しようとする課題）上述のように、これまでの岩石切削用チップは、消耗が
激しく、従って能率よ（岩石を切削できるものではなか
った。そこで、こ、９発明は、岩石切削用チップの消耗
が少なく、しかも能率よく岩石を切削して行くことので
きる切削用チップと、切削方法とを提供しようとするも
のである。（課題解決のための手段）この発明者は、ダイヤモンドインブリチップの消耗が早
い原因を検討した。その結果、この発明者は、ダイヤモ
ンドインブリチップの消耗か早いのは、切削部分に使用
しているダイヤモンドが球に近い粒状を呈しているから
だと考えた。すなわち、切削部分を粒状としているため
に、切削部分がマトリックスから離脱しやすく、また離
脱したあとは、表面に次の切削部分が現れるまで、マト
リックス（よ消耗するのみで終わることとなり、従って
消耗が早くなると考えられた。そこで、この発明者は、肝腎の切削部分を粒状力

【ら棒
状に変えることを思い付いた。この発明者は、切削部分
を超硬質材料製の棒状体で構成することとし、棒状体を
マトリックス中に植え込み、棒状体の軸方向をマトリッ
クスの摺動面にほぼ垂直に向けておき、このような棒状
体を多数摺動面上に分散させて、これをチップとして使
用することを試みた。超硬質材料としては、タングステ
ンカーバイドを用い、マトリックスとしてはニッケルク
ローム鋼を使用した。この発明者は、こうして作ったチ
ップの摺動面を岩石に押し付けつつ岩石上を摺動させる
と、岩石を能率よく切削できることを見出した。この発
明は、このような知見に基づいて完成されたものである
。（発明要旨）この発明は、硬質材料製のマトリックスの中に、上記材
料よりも硬い超硬質材料製の棒状体を埋め込み、棒状体
をその軸か７トリツクスの表面にほぼ垂直に向き、端か
マトリックス表面に露出するように位置させ、このよう
な棒状体をマトリックスの表面上に多数分散して設けた
ことを特徴とする、岩石切削用チップに関するものであ
る。また、この発明は、上記チップを用いて、チップの上記
表面を岩石に押しつけつつ摺動させて、岩石を切削する
方法に関するものである。（実　施　例）この発明は、そこで用いられるチップに特徴を持ってい
る。そのチップは、第１図に示したように、硬質材料製
のマトリックス１と、それよりも硬い超硬質材料製の棒
状体２とて作られている。マトリックス１としては、色々なものを使用することが
できる。例えば、ニッケルクローム鋼、コバルト銅鋼の
ような各種の鉄系合金を使用することができる。そのほ
か、硬質の熱硬化性樹脂をも使用することかできる。そ
の大きさは、チップの用途に応して適当に定めるが、縦
５〜５０ｍ１１１゜横５〜５０關、高さ５〜１００闘の
範囲内とするが適している。その形状は多面体状、直方
体状、扇形柱状、円柱状なと色々の形にすることができ
る。棒状体２を構成する超硬質材料としては、これまでチッ
プを作るのに用いられて来たタングステンカーバイド系
焼結合金のほか、セラミック、ＣＢＮ（窒化硼素）など
を用いることができる。超硬質材料は棒状に成形して用
いる。棒状としては、直径が０．１〜１０ｍｍで、高さ
がマトリックス中に収容できる範囲内であれば、どのよ
うな形状であってもよい。その中では、直径カ月〜６Ｍ
のものの用途が多い。棒状体２は、その軸をマトリックスｌの表面にほぼ垂直
に向けて、マトリックスの内部に埋め込まれている。ま
た、棒状体２は、マトリックスｌ中にガタつかないよう
に固定された状態で埋め込まれている。さらに、棒状体
２は、マトリックス１中に分散して多数設けられている
。また、棒状体２は、一端をマトリックス１の表面上に
露出させている。棒状体２の一端はマトリックス１の表
面から僅かに突出していることが望ましいが、突出して
いることは必要でない。なぜならば、チップで岩石を切
削していくと、マトリックスか磨耗して、棒状体の先が
僅かに突出して岩をすりへらすからである。棒状体２がマトリックスｌ中に分散する状態には格別限
定がない。好ましいのは、マトリックスの表面から見て
、隣接する棒状体２が、少なくともその直径以上の間隔
をおいて分散している状態である。とくに、棒状体２が
、その直径の１．５倍以上４倍以下、好ましくは２倍程
度の間隔をおいて分散している状態である。この発明において用いられるチップは、その先端面ａだ
けでなく、両側面にまで棒状体２が埋め込まれていても
よい。両側面に埋め込まれている棒状体２は、先端面ａ
に埋め込まれている棒状体２と同様の状態とされている
。両側面とは、第１図で云うと、面すと面Ｃとを指し、
先端面ａに隣接し互いに向き合っているただ１対の面で
ある。両側面上では先端面ａに近接した部分に集めて、棒状体
２を埋め込むことが望ましい。これにより切削溝が適度
に拡幅されてチップの摺動が容易になるからである。第１図のチップを使用して岩石を切削するには、チップ
の先端面ａを岩石に押しつけながら摺動させればよい。両側面すとＣとにも棒状体２か埋め込まれているときに
は、両側面すとＣとが摺動方向に沿うようにする。すな
わち、第１図では矢印Ｘの方向に摺動させるようにする
。（発明の作用）第１図のチップは、硬質材料製のマトリックス中に超硬
質材料製の棒状体が埋め込まれているので、従来のダイ
ヤモンドインブリチップに比べて、−様な切削力を常に
保持でき、且つ寿命が長くなり、効率よく岩盤を切削で
きるものとなっている。この点を図面に基づいて説明すると次のとおりである。従来のダイヤモンドインブリチップは、第２図に断面を
拡大して示したように、マトリックスＩＯ中にダイヤモ
ンドの細粒１１−１６か分散したちのである。このチッ
プを岩ａＧに押しつけなから矢印Ｘの方向に摺動させる
と、細粒１１ないし１３が岩盤Ｇを切削することになる
か、ｍ拉１１のように細粒表面のほぼ半分又はそれ以上
がマトリックス１０から露出するに至ると、細粒】】は
マトリックス１０によって支持され得なくなって、マト
リックス１０から離脱することとなる。従って、細粒１
１の近傍では細粒１２が切削するのを除けば、細粒１４
又は１５が露出するまでは、マトリックス１０が消耗す
るばかりで、岩盤は切削されない状態が続く。Ｃ以　下　余　白）これに対し、第１図に示したチップは、第３図に断面を
拡大して示したように、超硬質材料製の棒状体２が硬質
材料製のマ）　ＩＪフックス中に埋め込まれている。だ
から、このチップを岩盤ＧＫ押しつけながら矢印Ｘの方
向に摺動させると、棒状体２の先端で岩盤Ｇを切削する
ことになる。マトリックス１け、棒状体２に比べると柔
かい材料で作られているので、棒状体２よりも僅かに先
行して磨耗され、従って棒状体２の先端が常にぼ出して
岩盤Ｇを１削することとなる。棒状体２１ｄマトリツク
ス１の奥へ長く延びているから、細粒のように、マトリ
ックスが支持できなくなって離脱することがない。だか
ら、棒状体２け摺動面上に常に先端を定位置に露出させ
ていることとなり、従って切削力の大きな変化がなく、
結果として−様な切削力を常に保持していることとなる
。また、棒状体２がマトリックスｌ中に存在する限り切
削力を発揮するので、チップとしての寿命が長くなる。（発明の効果）この発明によれば、硬質材料製のマトリックス中に超硬
質材料製の棒状体全埋め込み、棒状体をその軸がマ）　
ＩＪラックス表面にほぼ垂直に向き、端がマトリックス
表面ニ露出するように位置させ、コノような棒状体をマ
）　ＩＪラックス表面上に多数分散して設けたものをチ
ップとしたので、上記表面を岩盤に押しつけて摺動させ
ると、マトリックスが磨耗しても、超硬質材料はマ）　
ＩＪラックス中安定に保持され、従ってチップとして長
もちするものとなっている。また、超硬質材料製の棒状
体の先端が磨耗又は欠落しても、その奥にすぐ連続して
超硬質材料が存在するので、引き絖いて切削することが
できる０従って、このチップを用いると、ダイヤモンド
インブリチップを用いた場合に比較して、３〜７倍も長
く岩石を切削することができる。（用　途）第１図に示したチップ（以下、これを本発明のチップと
いう）ニ、従来のダイヤモンドインブリチップと同様に
使用することができるほか、各種の用途に向けることが
できる。すなわち、（８）カッティングホイール又はブ
レード、０３）岩盤掘削機におけるカッターヘッドのビ
ット、（Ｃ）試錐機のクラウン、■）ｗｉ管回転圧入機
の先端切削刃などに使用することができる。この点を以
下に詳述する。カッティングホイール又はブレードでは、これまで円板
上のホイールの外周に多数のダイヤモンドインブリチッ
プを溶接したものが用いられて来たが、そのチップの代
わりに、第４図に示したように、高速で回転するホイー
ルＱの外周に、本発明のチッフヲ固定してカッティング
ホイールとして用いることができる。岩盤掘進機におけるカッターヘッドのビットには、これ
までタングステンカーバイドだけで構成されたチップが
用いられて来たが、タングステンカーバイドチップは刃
先が少し磨耗すると使用不能になる、という欠点があっ
た。とごろが、その代わりに本発明のチップを用いるこ
ととし、第５図に示したよ、うに、シャンクＰの先に本
発明のビラトラ固定して岩盤を切削することにすると、
ビットの寿命を長いものにし、効率よく岩盤を掘進して
行くことができる。試錐機のクラウンには、これまでメタルクラウン、ダイ
ヤモンドポルツクラウン、ダイヤモンドインブリクラウ
ンが用いられて来た。このうち、メタルクラウンは、タ
ングステンカーバイドをチップとして用いたものであり
、ダイヤモンドポルツクラウンは大粒のダイヤモンドを
植付けたものであり、ダイヤモンドインブリクラウンに
、マトリックス中に小粒のダイヤモンドを分散焼結した
ものである。メタルクラウンは、前述のように、硬い材
料を用いると欠損し易くなるために、柔かい材料を用い
る必要があり、従って硬岩を切削することができなかっ
た。ダイヤモンドポルツクラウンは、硬岩を切削するに
ハ適シているが、砂礫や軟岩に突込むと、ダイヤモンド
粒が離脱し易いという欠点があった。ダイヤモンドイン
ブリクラウンは、前述のダイヤモンドインブリチップと
同様に、磨耗が早いという欠点があった。これらのチップの代わりに、本発明の、チップを用いて
第６図に示したようなりラウンにすると、上述のような
欠点がなくなり、効率よく岩盤を切削することができる
。鋼管回転圧入機の先端にタングステンカーバイド製のチ
ップを固定して切削刃とし、これを転石、岩などに押し
つけて切削することが行われて来た。この場合にチップの刃先が磨耗又は損傷して切削力が無
くなることがあり、そうなるとチップの交換が容易でな
いために困難に遭遇する。ところが、この場合にタング
ステンカーバイド製のチップの代わりに、この発明のチ
ップを用いることとし、第７図に示したような鋼管先端
にすると、チップ中の棒状体２がすべて磨耗するまで切
削を続けることができるので、上述のような困難が解消
でき、効率よく切削できることとなる。なお、第４図や第６図では、本発明のチップをシャンク
の先にあとから固定してビットとすることとしたが、本
発明のチップは初めからシャンクと一体にして作ること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明で用いられる最も一般的なチップの
斜視図である。第２図は、従来のダイヤモンドインブリ
チップが岩盤ｉｔｌ削する状態を示した断面図である。第３図は、この発明で用いられるチップが岩盤を切削す
る状態を示した断面図である。第４図は、カッティング
ホイールの一部ヲ示し、（ａ）Ｖｉ（ｂ）中のＡ−Ａ断
面図（ｂ）　ｕ側面図である。第５図はカッターヘッドにおけるピットの一部を示し、
（ａ）は正面図（ｂ）は側面図である。第６図は試錐機
におけるクラウンを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は
下面図である。第７図は、鋼管回転圧入機における先端
の一部を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は拡大下面図で
ある。第　　１　　図第２　図第３図 χ 第　　６　　尽（０，）第　　７　　尺（久）（−ｅ）

Claims

【特許請求の範囲】１、硬質材料製のマトリックスの中に、上記材料よりも
硬い超硬質材料製の棒状体を埋め込み、棒状体をその軸
がマトリックスの表面に垂直に向き、端がマトリックス
表面に露出するように位置させ、このような棒状体をマ
トリックスの表面上に多数分散して設けたことを特徴と
する、岩石切削用チップ。２、硬質材料製のマトリックスの中に、上記材料よりも
硬い超硬質材料製の棒状体を埋め込み、棒状体をその軸
がマトリックスの表面に垂直に向き、端がマトリックス
表面に露出するように位置させ、このような棒状体をマ
トリックスの表面上に多数分散して設けたものをチップ
とし、上記表面を岩石に押しつけつつ摺動させて、岩石
を切削する方法。