KR101302554B1 - 지반 천공용 해머의 비트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굴진 속도를 향상시킬 수 있는 지반 천공용 해머의 비트에 관한 것으로, 지반을 파쇄하도록 굴착 장비에 회전 가능하게 결합된 해머의 케이스에 왕복 운동 가능하게 결합되며 높이 방향을 따라 그 중앙 영역에 송기구가 관통 형성된 삽입부재와; 상기 삽입부재의 단부에 고정 결합되고 외면에 다수의 팁이 돌출 형성되되, 상기 해머를 회전시켜 상기 지반을 천공시에 파쇄된 지반인 슬라임을 상기 해머의 회전 방향을 따라 밀게 되는 양 측면 중에서는 어느 하나의 측면에만 팁이 돌출 형성된 팁형성부와, 그 내부에 일단이 상기 송기구와 연통되는 분기로가 형성되고 상기 분기로의 타단과 연통되어 파쇄된 지반인 슬라임을 배출하며 상기 팁형성부보다 넓은 단면적을 가지며 상기 분기로의 타단과 연통되는 지점에서 외측으로 갈수록 벌어지는 부채꼴 형상으로 함몰 형성된 슬라임 배출부로 이루어지는 파쇄부재를; 포함하여 구성됨으로써, 지반을 천공하는데 있어서 천공용 해머의 비트에 의하여 파쇄되는 슬라임의 크기가 미세하지 않더라도 슬라임 배출부를 통하여 배출될 수 있도록 함으로써 지반을 천공하는 굴진 속도를 향상시킬 수 있도록 하고 비트에 형성된 팁에 힘을 집중시켜 지반을 용이하게 파쇄함으로써 지반을 천공하는데 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

지반 천공용 해머의 비트{BIT OF HAMMER FOR DRILLING THE GROUND}
본 발명은 건설 장비 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 지반 천공용 해머의 비트에 관한 것이다.
지반천공은 말뚝기초의 시공, 착정(鑿井), 시추, 지하구조물 시공을 위한 토류벽 가설 또는 연약지반 개량을 위한 압밀 촉진 등의 목적으로 지반에 수직 또는 수직에 근사한 방향의 굴착공을 형성하는 것으로서, 지반의 특성이나 소요심도에 따라서 다양한 장비와 공법이 적용된다.
이러한 지반천공 유형 중에서, 말뚝기초의 시공을 위한 지반천공이 대표적이라 할 수 있으며, 말뚝기초는 선단 지지력과 주면(柱面)마찰력에 의하여 말뚝상부 구조물의 하중이나 지하수로 인한 지중구조물의 부압(浮壓)에 저항하게 되므로, 통상 말뚝기초용 지반천공은 암반층 이상의 굴착심도를 필요로 하게 된다.
지반은 토질이나 지질, 절·성토상태 및 인위적인 개량상태에 따라 다양한 물리적 특성을 가지게 되며, 굴착구간의 지반특성에 따라 굴착장비 및 굴진속도 등이 결정된다.
도 1은 종래의 지반 천공용 해머의 전체적인 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 지반 천공용 해머의 비트의 구조를 도시한 사시도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 종래의 지반 천공용 해머는, 지반의 파쇄를 위한 굴착장비의 선단에 구비되며, 외면에 스크루가 형성된 회전축(도시하지 않음)의 하단에 연결되는 백헤드(back head; 10)와, 백헤드(10)의 일측에 결합되어 고정되는 케이스(20)와, 백헤드(10)가 연결된 케이스(20)의 일측과 반대편인 케이스(20)의 타측에 결합되어 고정되는 비트 고정링(30)을 포함한다.
또한, 비트 고정링(30)의 내부에 위치하여 바닥면에 형성된 팁(41)을 통해 직접 지반을 파내기 위한 비트(40), 케이스(20)의 내부에 설치된 상태에서 승강작용에 의해 비트(40)를 타격하는 피스톤(50)과, 피스톤(50)과 백헤드(10) 사이에 설치되어 백헤드(10)로부터 유입되는 공기압을 피스톤(50)에 제공하여 피스톤(50)에 승강 작용을 유도하는 이너슬리브(inner sleeve; 60)를 포함한다.
비트(40)는 지반과 접촉되면서 지반을 파쇄하는 역할을 하도록 그 바닥면과 측면의 다수의 개소에 소정의 높이로 돌출 형성되는 복수의 팁(41)과, 비트(40)의 중심에 관통 형성되어 수분이나 공기를 토출하여 슬라임이 배출되도록 하는 송기구(42)와, 일단이 송기구(42)와 연통되고 타단이 비트(40)의 저부면과 연통되도록 비트(40)의 내부에 경사지게 형성되는 분기로(43)와, 비트(40)의 둘레 방향을 따라 둘레면에 내측으로 굴곡지게 함몰 형성된 복수의 배출공(44)과, 분기로(43)와 배출공(44)이 상호 연결되도록 하여 비트(40)의 중앙 영역에서 파쇄된 슬라임이 비트(40)의 외부로 배출되도록 하는 슬라임 배출부(45)로 이루어진다.
그리고, 이너슬리브(60)는 피스톤(50)의 중심부의 공간에 피스톤(50)과 밀착되도록 배치되며, 이너슬리브(60)의 상측에는 백헤드(10)로부터 유입되는 공기압을 선택적으로 유입시키기 위한 체크밸브(70)가 구비되며, 피스톤(50)과 비트(40) 사이에는 별도의 결합밸브(80)가 설치되어 있다.
이러한 구성을 갖는 종래의 지반 천공용 해머를 이용하여 지반을 천공하는 방법은 다음과 같다.
해머의 내부로 압축공기가 인가되면 체크밸브(70)가 개방되어 중공(中空)의 피스톤(50)이 상승하게 되고, 비트(40) 상단에 고정되고 피스톤(50)에 결합되는 결합밸브(80)에서 피스톤(50)이 이탈하여 결합밸브(80)가 개방되면 순간적으로 압축공기가 비트(40)의 송기구(42)를 통하여 배기됨과 동시에 피스톤(50)이 자중에 의하여 낙하하면서 비트(40)를 타격하게 되는 것이다.
그런데, 이러한 종래의 지반 천공용 해머에 있어서는, 지반을 파쇄하기 위하여 지반과 직접적으로 접촉되는 비트(40)에 형성된 팁(41)의 개수가 많아서 지반을 파쇄하는데 필요한 힘이 분산되므로 지반의 파쇄가 용이하게 이루어지지 않으며, 이러한 이유로 지반을 용이하게 파쇄하기 위해서는 더욱 큰 압력이 요구되어 에너지 소모가 많다는 문제점이 있다.
또한, 해머의 단부에 구비된 비트(40)에 의하여 파쇄되는 슬라임의 크기가 비트(40)의 저부면에 별도로 형성된 슬라임 배출부(45)의 폭보다 작은 크기로 파쇄되어야만 배출이 이루어지게 되는데, 이를 위해서는 비트(40)를 이용하여 반복적으로 슬라임을 파쇄해야 하므로 지반을 파쇄하는데 장시간이 소요되어 지반을 천공하는 굴진 속도가 떨어진다는 문제점이 있다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 지반을 천공하는데 있어서 천공용 해머의 비트에 의하여 파쇄되는 슬라임의 크기가 미세하지 않더라도 슬라임 배출부를 통하여 배출될 수 있도록 함으로써 지반을 천공하는 굴진 속도를 향상시킬 수 있도록 하고 비트에 형성된 팁에 힘을 집중시켜 지반을 용이하게 파쇄함으로써 지반을 천공하는데 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 지반 천공용 해머의 비트를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 지반 천공용 해머의 비트는, 지반을 파쇄하도록 굴착 장비에 회전 가능하게 결합된 해머의 케이스에 왕복 운동 가능하게 결합되며 높이 방향을 따라 그 중앙 영역에 송기구가 관통 형성된 삽입부재와; 상기 삽입부재의 단부에 고정 결합되고 외면에 다수의 팁이 돌출 형성되되, 상기 해머를 회전시켜 상기 지반을 천공시에 파쇄된 지반인 슬라임을 상기 해머의 회전 방향을 따라 밀게 되는 양 측면 중에서는 어느 하나의 측면에만 팁이 돌출 형성된 팁형성부와, 그 내부에 일단이 상기 송기구와 연통되는 분기로가 형성되고 상기 분기로의 타단과 연통되어 파쇄된 지반인 슬라임을 배출하며 상기 팁형성부보다 넓은 단면적을 갖도록 함몰 형성된 슬라임 배출부로 이루어지는 파쇄부재를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파쇄부재의 저부면에 형성된 상기 팁형성부는 상기 파쇄부재의 중심에서 그 둘레면을 향한 방사 형태로 복수로 구비되며, 상기 슬라임 배출부는 상기 팁형성부와 팁형성부 사이에 각각 구비될 수 있다.
그리고, 상기 분기로는 상기 파쇄부재의 저부면에 대하여 경사지게 형성되어 상기 슬라임 배출부와 연통될 수 있다.
또한, 상기 팁형성부의 판면과 상기 슬라임 배출부의 판면 사이를 연결하는 상기 팁형성부의 측면은 경사지게 형성될 수 있다.
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그리고, 상기 팁형성부를 직경 방향을 따라 이등분한 영역 중에서 상기 팁형성부의 일측면에 돌출된 팁과 근접한 영역에는 다른 영역보다 더 많은 개수의 팁이 돌출 형성될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 지반 천공용 해머의 비트는 지반을 천공하는데 있어서 천공용 해머의 비트에 의하여 파쇄되는 슬라임의 크기가 미세하지 않더라도 슬라임 배출부를 통하여 배출될 수 있도록 함으로써 지반을 천공하는 굴진 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 팁이 형성된 비트의 면적을 축소시켜서 전체적인 팁의 개수를 줄임으로써 하나의 팁이 지반에 가하는 힘을 증대시켜 지반이 용이하게 파쇄되도록 함으로써 지반을 천공하는데 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 지반 천공용 해머의 전체적인 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 도 1의 지반 천공용 해머의 비트의 구조를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머의 전체적인 구조를 도시한 단면도이고,
도 4는 도 3의 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머의 비트의 구조를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 3의 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머의 비트의 구조를 도시한 저면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머를 이용하여 지반을 천공하는 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머의 전체적인 구조를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머의 비트의 구조를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3의 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머의 비트의 구조를 도시한 저면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 해머를 이용하여 지반을 천공하는 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이, 지반 천공용 해머는, 지반의 파쇄를 위한 굴착장비의 선단에 구비되며, 외면에 스크루가 형성된 회전축(미도시)의 하단에 연결되는 백헤드(back head; 100)와, 백헤드(100)의 일측에 결합되어 고정되는 케이스(200)와, 백헤드(100)가 연결된 케이스(200)의 일측과 반대편인 케이스(200)의 타측에 결합되어 고정되는 비트 고정링(300)과, 비트 고정링(300)의 내부에 위치하여 바닥면에 형성된 팁(410)을 통해 직접 지반을 파내기 위한 비트(400), 케이스(200)의 내부에 설치된 상태에서 승강작용에 의해 비트(400)를 타격하는 피스톤(500)과, 피스톤(500)과 백헤드(100) 사이에 설치되어 백헤드(100)로부터 유입되는 공기압을 피스톤(500)에 제공하여 피스톤(500)에 승강 작용을 유도하는 이너슬리브(inner sleeve; 600)를 포함한다.
백헤드(100)는 굴착장비의 선단에 구비되고 외면에 스크루가 형성된 회전축(미도시)의 하단에 연결되어 회전축(미도시)이 회전함에 따라 함께 회전 운동하며, 그 외면의 일부 영역에는 중공이 형성된 원통 형상의 케이스(200)가 고정 결합되어 있다.
백헤드(100)와 결합되는 케이스(200) 일단부와 대향측의 타단부 내주면 일측에는 비트(400)가 케이스(200)에서 이탈됨을 방지하는 비트 고정링(300)이 고정 결합되어 있으며, 비트 고정링(300)의 하측에는 비트(400)가 임의로 회전하지 않도록 후술할 삽입부재(410)의 외면에 삽입 체결되는 드라이브핀(110)이 돌출 형성되어 있다.
그리고, 비트(400)의 선단부에는 그 높이 방향을 따라 일정 간격 이동가능하도록 별도의 삽입홈(411)이 함몰 형성되고, 비트 고정링(300)은 삽입홈(411)에 결합되어 있다.
피스톤(500)은 케이스(100) 내부의 비트(400) 상측에 배치되어 비트(400)가 승하강 운동하도록 하는 역할을 하는 부재로서 그 상측에는 이너슬리브(600)가 결합되며, 그 하측에는 피스톤(500)을 비트(400)와 연결하는 결합밸브(800)가 설치되어 있다.
그리고, 이너슬리브(600)는 피스톤(500)의 중심부의 공간에 피스톤(500)과 밀착되도록 배치되며, 이너슬리브(600)의 상측에는 백헤드(100)로부터 유입되는 공기압을 선택적으로 유입시키기 위한 체크밸브(700)가 구비되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 천공용 헤머의 비트(400)는, 지반을 파쇄하도록 굴착 장비에 회전 가능하게 결합된 해머의 케이스(200)에 왕복 운동 가능하게 결합되며 높이 방향을 따라 그 중앙 영역에 송기구(411)가 관통 형성된 삽입부재(410)와, 삽입부재(410)의 단부에 고정 결합되고 외면에 다수의 팁(421a)이 돌출 형성되는 팁형성부(421)와, 그 내부에 일단이 송기구(411)와 연통되는 분기로(422a)가 형성되고 분기로(422a)의 타단과 연통되어 파쇄된 지반인 슬라임을 배출하며 팁형성부(421)보다 넓은 단면적을 가지며 분기로(422a)의 타단과 연통되는 지점에서 외측으로 갈수록 벌어지는 부채꼴 형상으로 함몰 형성된 슬라임 배출부(422)로 이루어지는 파쇄부재(420)를 포함하여 구성되어 있다.
비트(400)는 케이스(100)의 단부에 그 높이 방향을 따라 소정 거리 이동 가능하게 삽입 결합되는 삽입부재(410)와, 삽입부재(410)의 단부에 삽입부재(410)와 일체로 형성되어 지반과 선택적으로 접촉함으로써 지반을 파쇄하는 파쇄부재(420)로 구성되어 있다.
삽입부재(410)의 중심에는 공기나 물과 같은 유체를 분기로(422a) 측으로 토출하여 파쇄된 슬라임을 슬라임 배출부(422)의 외부로 밀어내는 송기구(411)가 관통 형성되어 있다.
삽입부재(410)의 일측에는 비트(400)가 케이스(100)에서 이탈되지 않도록 함과 동시에 케이스(100)의 높이 방향을 따라 비트(410)가 소정 거리 이동가능하도록 케이스(100)의 내부에 구비된 비트 고정링(300)이 삽입되는 삽입홈(412)이 형성되어 있다.
삽입홈(412)의 함몰 높이는 비트(410)가 지반을 파쇄하기 위하여 승하강 운동하는 거리만큼 비트 고정링(300)의 높이보다 높게 형성되며, 삽입홈(412) 하측의 삽입부재(410)의 외면에는 케이스(100)의 회전에 따라 비트(400)가 회전할 수 있도록 케이스(100)의 단부에 돌출 형성된 드라이브핀(110)에 체결되는 기어부재(413)가 마련되어 있다.
파쇄부재(420)의 저부면에 형성된 팁형성부(421)는 파쇄부재(420)의 중심에서 그 둘레면을 향한 방사 형태로 복수로 구비되며, 슬라임 배출부(422)는 팁형성부(421)와 팁형성부(421) 사이에 각각 구비되어 있다.
파쇄부재(420)의 내부에는 일단이 송기구(411)와 연통되고, 타단이 슬라임 배출부(422)와 연통되는 분기로(422a)가 관통 형성되는데, 분기로(422a)는 슬라임 배출부(422)의 외측으로 파쇄된 슬라임을 배출시킬 수 있도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
팁형성부(421)의 저부면에는 지반을 파쇄하는 복수의 팁(421a)이 형성되는데 팁형성부(421)의 단면적은 슬라임 배출부(422)의 단면적보다 작은 넓이를 갖도록 형성하고 상대적으로 슬라임 배출부(422)의 면적보다 작은 면적에 복수의 팁(421a)을 형성함으로써 하나의 팁(421a)에 힘을 집중시킬 수 있으므로 지면을 용이하게 파쇄할 수 있도록 한다.
그리고, 상술한 바와 같이, 슬라임 배출부(422)의 단면적은 팁형성부(421)의 단면적보다 넓게 형성함으로써 파쇄된 슬라임을 신속하게 슬라임 배출부(422)를 통하여 외부로 배출할 수 있도록 한다.
팁형성부(421)와 슬라임 배출부(422) 사이에 형성된 팁형성부(421)의 측면은 경사지게 형성되며, 상기 해머의 회전에 따라 상기 지반을 천공시에 파쇄된 지반인 슬라임을 상기 해머의 회전 방향으로 밀게 되는 팁형성부(421)의 양측면 중 어느 하나의 측면에만 팁(421a)이 돌출 형성되는 것이 경제적인 측면에서 효과적이다.
또한, 팁형성부(421)를 직경 방향을 따라 이등분한 영역 중에서 팁(421a)이 돌출 형성된 팁형성부(421)의 일측면과 근접한 영역에는 다른 영역보다 더 많은 개수의 팁(421a)이 돌출 형성되는 것이 지반을 효과적으로 파쇄함과 동시에 비트(400)의 제작에 소요되는 비용을 절감할 수 있으므로 효과적이다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비트를 구비한 지반 천공용 해머를 이용하여 지반을 천공하는 과정은 다음과 같다.
해머의 내부로 압축공기가 인가되면 체크밸브(700)가 개방되어 중공(中空)의 피스톤(500)이 상승하게 되고, 비트(400) 상단에 고정되고 피스톤(500)에 결합되는 결합밸브(800)에서 피스톤(500)이 이탈하여 결합밸브(800)가 개방되면 순간적으로 압축공기가 비트(400)의 송기구(411)를 통하여 배기됨과 동시에 피스톤(500)이 자중에 의하여 낙하하면서 비트(400)를 타격하게 되어 비트(400)의 파쇄부재(420)가 지반에 하중을 가함으로써 지반이 파쇄되어 슬라임이 발생하게 된다.
그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 송기구(411)를 통과하여 배출되는 압축공기는 경사지게 형성된 분기로(422a)를 통하여 슬라임 배출부(422) 측으로 토출되면서 넓은 단면적을 갖도록 형성된 슬라임 배출부(422)에서 슬라임을 비트(400)의 외측으로 밀어내게 되고, 비트(400)의 파쇄부재(420)는 새로운 지반과 접촉되어 상술한 과정을 반복적으로 수행함으로써 미세하게 파쇄되지 않은 슬라임을 비트(400)의 외측으로 배출함으로써 지반을 천공함으로써 굴진 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 과정에서 백헤드(100)의 회전에 따라 비트(400)도 회전하게 되는데, 비트(400)의 회전 방향을 따라 슬라임을 밀게 되는 측면에만 팁(422a)을 형성함과 동시에 직경 방향을 따라 양분된 파쇄부재(420)의 저부면 중에서 상기 측면과 근접한 파쇄부재(420)의 저부면에는 상대적으로 더 많은 팁(422a)을 형성함으로써 팁형성부(421)의 측면을 보호함과 동시에, 지반을 신속하게 파쇄할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 지반 천공용 해머의 비트를 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나 이는 발명의 이해를 돕고자 하는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 하는 것이 아님은 물론이다.
본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.
100 : 백헤드 110 : 드라이브핀
200 : 케이스 300 : 비트 고정링
400 : 비트 410 : 삽입부재
411 : 송기구 412 : 삽입홈
413 : 기어부재 420 : 파쇄부재
421 : 팁형성부 421a : 팁
422 : 슬라임 배출부 422a : 분기로
500 : 피스톤 600 : 이너슬리브
700 : 체크밸브 800 : 결합밸브

Claims (6)

  1. 지반을 파쇄하도록 굴착 장비에 회전 가능하게 결합된 해머의 케이스에 왕복 운동 가능하게 결합되며 높이 방향을 따라 그 중앙 영역에 송기구가 관통 형성된 삽입부재와;
    상기 삽입부재의 단부에 고정 결합되고 외면에 다수의 팁이 돌출 형성되되, 상기 해머를 회전시켜 상기 지반을 천공시에 파쇄된 지반인 슬라임을 상기 해머의 회전 방향을 따라 밀게 되는 양 측면 중에서는 어느 하나의 측면에만 팁이 돌출 형성된 팁형성부와, 그 내부에 일단이 상기 송기구와 연통되는 분기로가 형성되고 상기 분기로의 타단과 연통되어 파쇄된 지반인 슬라임을 배출하며 상기 팁형성부보다 넓은 단면적을 가지며 상기 분기로의 타단과 연통되는 지점에서 외측으로 갈수록 벌어지는 부채꼴 형상으로 함몰 형성되는 슬라임 배출부로 이루어지는 파쇄부재를; 포함하며,
    상기 파쇄부재의 저부면에 형성된 상기 팁형성부는 상기 파쇄부재의 중심에서 그 둘레면을 향한 방사 형태로 복수로 구비되며, 상기 팁이 돌출된 상기 팁형성부의 상기 측면이 외부로 노출되도록 상기 슬라임 배출부는 상기 팁형성부와 팁형성부 사이에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 지반 천공용 해머의 비트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분기로는 상기 파쇄부재의 저부면에 대하여 경사지게 형성되어 상기 슬라임 배출부와 연통된 것을 특징으로 하는 지반 천공용 해머의 비트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 팁형성부의 판면과 상기 슬라임 배출부의 판면 사이를 연결하는 상기 팁형성부의 측면은 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 지반 천공용 해머의 비트.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팁형성부를 직경 방향을 따라 이등분한 영역 중에서 상기 팁형성부의 일측면에 돌출된 팁과 근접한 영역에는 다른 영역보다 더 많은 개수의 팁이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 지반 천공용 해머의 비트.
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