KR102551513B1 - 천공기용 해머비트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해머비트의 타격면에 형성된 홈들에 다수의 비트팁들이 고정된 천공기용 해머비트에 관한 것으로, 지반 및 암반을 타격해 천공하는 헤드가 해머비트(10)의 하부에 일체로 성형되고, 해머비트의 타격면에 형성된 홈들에 다수의 비트팁들이 고정되어 지반 및 암반을 타격해 천공하는 천공기용 해머비트에 있어서, 해머비트(10)의 타격면(40)에 형성된 홈(41,41')들 각각에 다수의 비트팁(100)들을 압입하여 고정하되, 비트팁에 가해지는 충격력에 의한 전단면적이 증가되도록 외주연 모서리부분(45)에 형성되는 비트팁(100) 압입용 홈(41')은 해머비트(10)의 회전방향으로 예각으로 경사짐과 함께 타격면에서 반경방향 외측으로도 하향으로 경사지게 형성되고, 상기 외주연 모서리부분(45)에서 해머비트 회전방향으로 경사진 홈(41')에 압입에 의해 선단이 구형체로 형성된 비트팁(100)들이 파쇄할 암반을 향하여 고정된 구성에 의해, 암반 파쇄시의 충격에 의한 파괴하중이 작용하는 유효단면적이 비트팁의 축부의 축중심에 직각의 단면적 보다 증대됨으로써 전단강도가 증대되어 비트팁의 내구성이 향상되어 수명이 연장되어 해머비트 교체 비용의 절감 효과와 작업효율이 향상되는 효과와, 모서리부분에 제공된 비트팁들에 의한 회전반경을 타격면의 직경 보다 크게 되게 하여 해머비트의 측면에 직접 암반이 접촉됨에 의한 측면의 마모 현상을 감소시켜 해머비트의 수명이 연장되는 효과가 있다.

Description

천공기용 해머비트{Hammer Bits For Drilling Machine}

본 발명은 천공기용 해머비트에 관한 것으로, 특히 해머비트를 회전시켜 암반을 천공할 때 해머 본체의 측면의 마모를 최소화하고, 그 하단의 외주면에 고정된 비트팁들이 쉽게 손상되지 않도록 비트팁에 작용되는 전단력이 감소되도록 개선된 장착구조를 갖는 천공기용 해머비트에 관한 것이다.

일반적으로 건물의 기초공사나 콘크리트 파일 시공, 터널 천공, 지하수 개발시에 천공기를 사용하며, 그 천공기는 구동수단에 의해 외주면에 다수의 초경합금으로 된 비트팁들이 제공된 해머비트를 회전시켜서 비트팁들에 의해 암반을 파쇄하면서 천공하게 된다.

이러한 천공기 해머의 예로서, 한국 등록특허 제10-0804812호(등록일자 2008년02월12일)에는 원통형으로 된 케이싱 상부에 아답터를 장치하고 그 내부에 피스톤을 설치하여 피스톤 하단부에 접속하도록 초경볼팁이 심어진 해머비트를 장치하는 공지된 것에 있어서, 해머비트의 일부가 마모되었을 때 마모부에 해머비트와 친화력이 있게 조성한 용접봉을 준비하고 아크용접 방법을 통해 마모된 부분을 본래의 형상으로 육성시켜 재생하는 해머비트 마모부 재생방법이 개시되어 있다.

다른 예로서, 한국 등록특허 제10-1592238호(등록일자 2016년02월01일)에는,

상부는 햄머장치에 결합되며, 내부 중심에 길이 방향으로 압축공기 이동로가 형성되고, 일체 성형된 하부는 외주연을 따라 일정간격을 두고 에어토출구가 연속 형성되며, 저면의 타격면에는 상기 압축공기 이동로와 에어토출구를 연결하는 토출이동로가 구비된 해머비트에 있어서; 상기 압축공기 이동로는 경사지게 분기(分岐)되어 토출이동로에 각각 연결되는 분기로가 형성되고, 상기 에어토출구는 외주면 하부의 유입구 면적보다 외주면 상부의 배출구 면적이 더 크게 형성되면서 해머비트의 회전방향에 저항되는 일 측면을 압축공기 이동로 단부에서 외주연까지 경사지게

성형해 공간을 확장시킨 가이드면이 구비되며, 상기 타격면 중심에는 원뿔 형상으로 하향 돌출된 센터노크가 더 성형된 것을 포함해, 상기 분기로의 하부에는 압축공기 이동로를 통해 토출되는 공기의 이동방향을 외주면 방향으로 안내하는 토출공기안내부가 경사지게 더 형성된 것을 특징으로 한 천공기용 해머비트가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 해머비트는 하방으로의 햄머 동작과 함께 회전에 의해 암반을 파쇄 및 절삭하는 과정에서 해머비트의 모서리부분과 측면에서 심한 마모가 발생되고, 이와 같이 해머비트의 측부가 마모되면 천공되는 홀의 지경이 감소되는 문제가 발생되고, 해머비트에 장착된 다수의 비트팁들은 해머비트의 표면에서 수직으로 장착되어 경한 암반이나 금속과 부딪히는 경우에 전단되는 문제가 있었으며, 종래의 마모부를 재생방법은 해머비트의 재생 작업에 시간이 많이 소요되어 작업효율을 저하시키는 문제와 함께 비트팁의 재생을 위한 용접에 고도의 숙련자를 필요로 하여 인건비가 증가되고 용접열에 의한 취성과 해머비트의 사용으로 인한 피로도로 인하여 내구성이 기대한 것 보다 증대되지 않고 오히려 새로운 제품을 구매하는 경우보다 비용이 증가되어 실요성이 없게 되는 문제가 있었다.

또 다른 예로서, 한국 등록실용신안공보 제20-0358905호(2004년08월12일 공고)에는 정밀주조에 의해 헤드부와 체결부가 일체로 성형되는 지반천공용 비트에 있어서, 상기 헤드부의 선단에 복수개의 팁장착홈이 팔각형으로 형성되고, 팁장착홈에 사이드 개구부가 형성되어, 상기 팁장착홈의 상부 개구부를 통해 팔각형의 초경팁이 끼워지면, 팁장착홈의 6개 면과 초경팁의 6개의 면이 면접촉되며, 초경팁이 팁장착홈에 끼워져 비트의 회전방향으로 상부 에지부가 돌출되게 배치된 구조의 지반천공용 비트가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래 기술의 지반천공용 비트는 초경팁과 팁장착홈을 팔각형으로 가공하기가 매우 어렵고, 시간과 비용이 많이 소요되며, 특히 비트의 회전방향으로 모서리 형태의 상부 에지부가 돌출된 구조로 통상적으로 무른 재질의 지반을 천공하기에 적합하지만 암반 천공에 사용하기 부적합하며, 경한 암반 천공시에는 팁이 쉽게 파손되는 문제가 있었다.

한국 등록특허 제10-0804812호(등록일자 2008년02월12일) 한국 등록특허 제10-1592238호(등록일자 2016년02월01일) 한국 등록실용신안공보 제20-0358905호(2004년08월12일 공고)

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 해머비트에 대한 문제점을 해결하기 위하여 해머비트의 적어도 모서리부분에서 비트팁들이 회전방향으로 경사져 다수의 비트팁들의 선단이 암반을 향하도록 배치되어 비트팁들 각각에 대해 파괴하중이 작용하는 단면적을 증대시켜 전단응력이 증가되게 함으로써 내구성이 향상되게 개선한 천공기용 해머비트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 해머비트의 모서리부분에서의 비트팁들이 타격면에 대하여 반경방향 외측으로 경사지게 제공되어 비트팁들에 의한 회전반경이 타격면의 직경 보다 크게 하여 해머비트의 측면에 직접 암반이 접촉됨에 의한 측면의 마모 현상을 감소시키도록 개선한 천공기용 해머비트를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 천공기용 해머비트는, 지반 및 암반을 타격해 천공하는 헤드가 해머비트의 하부에 일체로 성형되고, 압축공기가 상부에서 하부방향으로 이동하도록 해머비트의 중앙에서 길이방향으로 관통하여 압축공기 이동로가 하단에서 분기되어 형성되고, 헤드 외주연을 따라 일정간격을 두고 형성된 에어토출구와 이동로를 상호 연결하는 토출이동로가 형성되어 있고, 해머비트의 타격면에 형성된 홈들에 다수의 비트팁들이 고정되어 지반 및 암반을 타격해 천공하는 천공기용 해머비트에 있어서,

해머비트의 타격면에 형성된 홈들 각각에 다수의 비트팁들을 압입하여 고정하되, 비트팁에 가해지는 충격력에 의한 전단면적이 증가되도록 외주연 모서리부분에 형성되는 비트팁 압입용 홈은 해머비트의 회전방향으로 예각으로 경사짐과 함께 타격면에서 반경방향 외측으로도 하향으로 경사지게 형성되고, 상기 외주연 모서리부분에서 해머비트 회전방향으로 경사진 홈에 압입에 의해 선단이 구형체로 형성된 비트팁들이 파쇄할 암반을 향하여 고정되게 구성된다.

상기 해머비트의 타격면은 외주면 단부의 경사면과 수평면으로 된 외주연 모서리부분과 중앙부로 형성되며, 상기 외주연 모서리부분에 배치되는 비트팁들은 해머비트 회전방향으로 10~17°경사지게 되어 구형체의 볼팁부분이 암반을 향하도록 배치된다.

상기 모서리부분의 외주면 단부의 경사면은 반경방향 외측 하방으로 경사지고, 상기 모서리부분에서의 비트팁용 홈들은 상기 외주연 단부의 경사면에서 타격면의 반경방향 외측으로 3~5°로 형성되어 상기 모서리부분에 제공된 비트팁들에 의한 회전반경을 타격면의 직경 보다 크게 되게 하여 해머비트의 측면에 직접 암반이 접촉됨에 의한 측면의 마모 현상을 감소시키도록 구성된다.

상기 타격면의 중앙부는 해머비트의 암반 굴착시 직진성이 향상되도록 타격면의 중심을 향하여 오목하게 형성될 수 있다.

본 발명에 따라 해머비트의 타격면에 제공된 비트팁들이 회전방향으로 경사지게 선단이 암반을 향해 배치되어 파쇄작용시의 충격에 의한 파괴하중이 작용하는 유효단면적이 비트팁의 축부의 축중심에 직각의 단면적 보다 증대됨으로써 전단강도가 증대되어 비트팁의 내구성이 향상되어 수명이 연장됨으로써 해머비트 교체 비용의 절감 효과와 작업효율이 향상되는 효과가 있고, 모서리부분에 제공된 비트팁들에 의한 회전반경을 타격면의 직경 보다 크게 되게 하여 해머비트의 측면에 직접 암반이 접촉됨에 의한 측면의 마모 현상을 감소시켜 해머비트의 수명이 연장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 비트팁들이 천공기용 해머비트의 표면에 회전방향으로 경사지게 제공된 해버비트를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 부분확대도.
도 3은 도 1의 종단면도.
도 4은 도 1에서 비트팁들이 해머비트 타격면에 형성된 홈에서 분리된 상태를 보여주는 부분단면도.
도 5는 도 1에서 비트팁들이 해머비트 표면의 홈들에 고정된 상태를 보여주는 부분단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 3에 있어서, 본 발명에 따른 천공기용 해머비트(10)는 상부에서 피스톤의 타격력을 전달받을 때, 압축공기가 상부에서 하부방향으로 이동하도록 해머비트의 중앙에서 길이방향으로 관통하여 압축공기 이동로(20)가 하단에서 분기되어 형성되고, 지반 및 암반을 타격해 천공하는 헤드가 해머비트(10)가 하부에 일체로 성형되고, 헤드 외주연을 따라 일정간격을 두고 에어토출구(30)가 형성되어 있고, 저면의 타격면(40)에는 상기 압축공기 이동로(20)에서 분기된 에어토출구(30)에 연통되는 토출이동로(50)가 형성되어 압축공기가 토출되도록 구성되고, 타격면(40)에는 다수의 비트팁(100)들이 장착되어 있다.

또한, 본 발명에 의한 해머비트(10)는 주로 암반을 천공하기 위한 것으로, 이를 위하여 도면에 미도시된 구동장치에 의해 상기 해머비트(10)는 공압에 의해 수직하방으로 하강하면서 회전하여 비트팁들이 암반을 파쇄 및 절삭하여 천공하게 되며, 이때, 비트팁(100)들에는 화강암과 같은 경한 암반과의 충돌 및 절삭 작용시 강한 수직 상방으로의 충격력과 함께 해머비트(10)의 회전방향과 반대방향으로의 측방향 충격력이 작용하게 된다.

종래 타격면에 수직으로 형성된 홈에 비트팁들이 타격면에 수직으로 압입된 상태에서는 해머비트의 암반 천공과정에서 비트팁들에 가해지는 수직상방과 회전반대방향으로의 충격에 의해 비트팁의 지지부가 절단되어 해머비트를 새로이 구매하거나 용접으로 비트팁들을 접합하여 수리작업을 해야 하는 문제가 있었다.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 도 4와 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라, 해머비트(10)의 타격면(40)은 외주면 단부의 경사면(46)과 수평면(47)으로 된 외주연 모서리부분(45)과 중앙부(48)에 형성된 홈(41,41')들 각각에 다수의 비트팁(100)들을 압입하여 고정하되, 외주연 모서리부분(45)에 배치되는 비트팁(100) 압입용 홈(41')은 해머비트(10)의 회전방향으로 예각으로 경사짐과 함께 타격면에서 반경방향 외측으로도 하향 경사지게 형성되고, 상기와 같이 반경방향 외측 및 해머비트 회전방향으로 경사진 홈(41')에 압입에 의해 초경합금으로 선단이 구형체로 형성된 비트팁(100)들이 해머비트의 회전방향으로 예각으로 경사지게 고정된다. 중앙부(48)의 홈(41)들은 수직하방으로 형성되거나 모서리부분(45)의 홈(41')과 같이 회전방향으로 경사지게 형성될 수도 있다.

본 발명에 따라, 비트팁(100)은 해머비트에 형성된 홈(41')들에 삽입되는 축부(110)와, 그 축부의 선단에서 구형체로 된 볼팁부분(120)을 포함한다.

따라서, 해머비트의 외주연 모서리부분(45)에 배치되는 상기 비트팁(100)들은 해머비트 회전방향으로 예를들어 10~17°경사지게 되어 구형체의 볼팁부분(120)이 암반을 향하도록 배치된다. 상기 해머비트(10)의 회전방향으로 비트팁(100)의 배치각도가 10° 보다 작은 경우 비트팁에 의한 파쇄 작용이 원활하지 않게 되며, 17°보다 큰 경우에는 비트팁에 의한 암반 파쇄작용시의 충격력으로 인하여 비트팁에 작용하는 전단력이 증대되어 비트팁이 손상될 수 있어 해머비트의 내구성이 저하될 수 있기 때문이다.

예를들어, 250mm의 굴착 직경을 위한 해머비트의 경우에는 비트팁들의 회전방향으로의 경사각은 10~12°, 500mm의 굴착 직경을 위한 해머비트의 경우에는 비트팁들의 회전방향으로의 경사각은 13~17°로 될 수 있다.

해머비트의 굴착공정에서 암반 파쇄시에 비트팁에 작용하는 충격력은 종래 해머비트의 표면에서 수직으로 형성된 홈에 제공되는 경우 비트팁의 축부의 단면적에 대하여 전단력이 작용하게 되지만, 본 발명에 따라 비트팁(100)들의 볼팁부분(120)이 해머비트의 회전방향으로 경사지게 배치됨으로써, 비트팁에 가해지는 충격력에 의한 전단면적이 증가됨으로써 결국 전단응력이 증가되므로 충격력에 의한 비트팁의 파단을 저감시킬 수 있어 내구성이 개선될 수 있게 된다.

또한, 해머비트가 250mm의 상대적으로 작은 직경의 경우 비트팁(100)들은 원주방향으로 1열로 배치되고, 상대적으로 큰 500mm의 직경을 갖는 경우에는 2개 열로 배치될 수 있고, 상기 해머비트의 외주연 모서리부분(45)은 라운드지게 형성되며, 이때 라운드진 상기 모서리부분(45)의 외주면 단부의 경사면(46)은 30~35°로 경사지게 되므로 상기 모서리부분(45)에서의 비트팁용 홈(41')들은 실제적인 경사도는 타격면의 반경방향 외측으로 3~5°로 형성됨으로써 상기 비트팁(100)들은 타격면에 대한 전체적인 반경방향 외측방향으로의 배치각도는 33~40°로 된다. 이때, 상기 비트팁(100)들의 배치각도가 33°보다 작으면 해머비트의 측부와 암석과의 마찰에 의한 마모가 증가되고, 40°보다 큰 경우에는 암반 굴착시에 해머비트 측면에서의 비트팁들의 전단면적이 감소되어 전단응력이 감소되므로 충격력에 의한 파단 가능성이 증가되기 때문이다.

이와 같이, 비트팁들이 타격면(40)에 대하여 반경방향 외측으로 경사지게 배치되어 비트팁들에 의한 회전반경이 타격면의 직경 보다 크게 되므로, 해머비트의 측면에 직접 암반이 접촉됨에 의한 측면의 마모 현상을 감소시킬 수 있게 되어 해머비트의 수명이 연장된다.

또한, 본 발명에 의한 해머비트(10)의 타격면(40)은 평탄하게 될 수도 있으나 타격면의 중심을 향하여 오목하게 형성할 수도 있다. 즉, 상기 해머비트(10)의 타격면을, 중심을 향하여 1~8°로 경사지게 오목하게 형성함으로써, 해머비트의 암반 굴착시 직진성이 향상되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 천공기에 장착하여 암반을 굴착하기 위한 해머비트에서의 비트팁의 내구성 향상을 위하여 이용될 수 있다.

10 : 해머비트 40 : 타격면
41, 41' : 홈 45 : 모서리부분
48 : 중앙부 100 ; 비트팁
120 : 볼팁부분

Claims (4)

1. 지반 및 암반을 타격해 천공하는 헤드가 해머비트(10)의 하부에 일체로 성형되고, 압축공기가 헤머비트(10)의 상부에서 하부방향으로 이동하여 해머비트의 중앙에서 길이방향으로 관통하여 압축공기 이동로(20) 하단에서 분기된 에어토출구(30)에 연통되어 헤드 외주연을 따라 일정간격을 두고 형성된 토출이동로(50)에서 토출하도록 되어 있고, 해머비트의 타격면에 형성된 홈들에 다수의 비트팁들이 고정되어 지반 및 암반을 타격해 천공하도록 되고, 외주면 단부의 경사면(46)과 수평면(47)으로 된 외주연 모서리부분(45)과 중앙부(48)로 형성된 해머비트(10)의 타격면(40)에 형성된 홈(41,41')들 각각에 다수의 비트팁(100)들이 압입하여 고정된 천공기용 해머비트에 있어서,
   외주연 모서리부분(45)에 형성되는 비트팁(100) 압입용 홈(41')은 상기 비트팁에 가해지는 충격력에 의한 전단면적이 증가되도록 해머비트(10)의 회전방향으로 예각으로 경사짐과 함께 타격면에서 반경방향 외측으로도 하향으로 경사지게 형성되고, 상기 홈(41')에 압입에 의해 선단이 구형체로 형성된 비트팁(100)들이 파쇄할 암반을 향하여 경사지게 고정되고,
   상기 외주연 모서리부분(45)의 수평면(47)에 배치되는 비트팁(100)들은 해머비트 회전방향으로 10~17°경사지게 되어 구형체의 볼팁부분(120)이 암반을 향하도록 배치되며,
   상기 모서리부분(45) 외주면 단부의 경사면(46)은 반경방향 외측 하방으로 경사지고, 상기 모서리부분(45)에서의 비트팁용 홈(41')들은 상기 외주연 단부의 경사면에서 타격면의 반경방향 외측으로 3~5°로 형성되어, 상기 모서리부분(45)에 제공된 비트팁(100)들에 의한 회전반경을 타격면의 직경 보다 크게 되게 하여 해머비트의 측면에 직접 암반이 접촉됨에 의한 측면의 마모 현상을 감소시키도록 된 것을 특징으로 하는 천공기용 해머비트.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
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