WO2016002452A1 - 掘削用ビット - Google Patents

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chip
excavation
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伸▲よし▼ 杉谷
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伸▲よし▼ 杉谷
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/573—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts characterised by support details, e.g. the substrate construction or the interface between the substrate and the cutting element

Definitions

  • the present invention relates to an excavation bit, and more particularly to an excavation bit to which a cutting edge tip is attached.
  • a bit for excavation which is a tool for excavating a well or the like, is attached to a drilling device, and the tip of the bit body is pressed against a formation or rock.
  • a cutting edge tip having a cutting edge of a sintered body such as diamond having high hardness is attached to the tip of the bit body.
  • Patent Document 1 discloses an excavation bit shown in FIG.
  • FIG. 9A is a front view of the distal end portion 3 of the bit body 1 of the excavation bit as seen from the direction of the axis O.
  • FIG. 9B is a ZOZ sectional view of FIG.
  • a cutting edge tip 5 is attached to the tip 3 of the bit body 1 of the excavation bit.
  • the blade tip 5 is shown with shading.
  • the cutting edge tip 5 is disposed in the embedding hole 8 of the bit body 1 so as to be rotatable around the central axis C, and is prevented from coming off toward the distal end side in the central axis C direction.
  • the cutting edge tip 5 can suppress a reduction in the cutting edge of the cutting edge as compared with the case where the cutting edge tip 5 is fixed.
  • Patent Document 1 discloses that the cushioning material 2 is interposed on the bottom surface 8G of the embedded hole 8 as shown in the cross-sectional view of FIG.
  • the cushioning material 2 is made of, for example, a copper plate that is softer than the steel material constituting the bit body 1 in which the embedded hole 8 is formed, as well as the rotatable cutting edge tip 5.
  • the shock absorbing material 2 prevents a load as a reaction force of a striking force or a thrust during excavation from directly acting on the bit body 1 from the rotatable cutting edge tip 5A, and prevents the bit body 1 from being damaged.
  • the cushioning material 2 prevents breakage of the bit body by preventing one-sided contact between the cutting edge tip and the bit body, expanding the load transmission surface to the bit body, and suppressing stress concentration in the bit body.
  • the load itself acting on the cutting edge of the cutting edge tip is not relaxed even if the buffer material 2 is used.
  • the cutting edge tip is more likely to be worn or worn as the load acting on the cutting edge increases. Moreover, when an excessive load acts on the blade edge, the blade edge is damaged. When the cutting edge of the cutting edge tip is worn, worn out, or damaged, the excavation capability is lowered, so that the excavating bit mounted on the excavating apparatus is replaced. Since excavation work cannot be performed while excavation bits are replaced, it is desirable to extend the exchanging time of excavation bits.
  • the present invention provides an excavation bit that can suppress wear, abrasion, and breakage of the cutting edge of the cutting edge tip, extend the exchanging time of the excavation bit, and increase the excavation speed. It is an object.
  • the present invention provides an excavation bit configured as follows.
  • the excavation bit includes: (a) a bit body; (b) a plurality of cutting edge tips formed on the bit body so that the cutting edge is formed and exposing the cutting edge; and (c) at least one of the cutting edge chips. And a spring mechanism including a spring member that urges the retracted cutting edge tip to return to the original position.
  • the cutting edge tip held by the spring mechanism moves backward, the load distributed to the individual cutting edge tips of the excavation bit changes during excavation and acts on the cutting edge of the cutting edge tip held by the spring mechanism. Load is reduced, and wear and abrasion of the blade edge are suppressed. Further, even if an impact load is applied to the cutting edge of the cutting edge tip held by the spring mechanism, the impact can be absorbed by the spring member, so that damage to the cutting edge is suppressed.
  • the cutting edge tip held by the spring mechanism relaxes and absorbs the load acting on the cutting edge and suppresses wear, abrasion, and breakage of the cutting edge. Can be raised.
  • the cutting edge tip held by the spring mechanism has a cylindrical tip body, and the cutting edge is formed on one end side in the axial direction of the tip body.
  • the spring mechanism includes a cylindrical chip receiving hole having a bottom surface or a step surface formed in the bit body, and the other axial end of the chip body is coaxially and axially movable in the chip receiving hole. Housed in a rotatable manner.
  • the spring member is interposed between the bottom surface or the step surface of the chip accommodation hole and the other axial end side of the chip body accommodated in the chip accommodation hole, and the bottom surface or the step surface It is a disc spring which shrinks by the movement of the tip body toward.
  • the cutting edge tip held by the spring mechanism can be rotated in a direction in which the load acting on the cutting edge is relaxed even when the disc spring is pressed, the load acting on the cutting edge tip is further relaxed and excavated. It is possible to extend the replacement time of the service bit. Further, even if the load increases by increasing the excavation speed, the load acting on the cutting edge tip is further relaxed, so that the excavation speed can be further increased.
  • the cutting edge tip held by the spring mechanism has a tip groove extending in the circumferential direction at an axially intermediate position of the tip body.
  • the spring mechanism (a) is formed in the bit body, extends in the circumferential direction along the tip receiving hole at an axially intermediate position of the tip receiving hole, and is formed of the cutting edge tip held by the spring mechanism.
  • a C-shaped stop member that regulates the axial movement range of the cutting edge tip held by the spring mechanism.
  • the cutting edge tip may be attached to the bit body in a state where the disc spring is compressed by the cutting edge tip, and the cutting edge tip may be retracted when a predetermined load or more is applied to the cutting edge of the cutting edge tip.
  • a conical end portion including a portion whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the stopper member in a natural state is formed on the other end side in the axial direction of the chip body.
  • the end of the cutting edge tip is inserted into the hole of the stopping member, and the stopping member is moved to the tip groove of the cutting edge tip by moving the stopping member while expanding the inner diameter of the stopping member until reaching the tip groove of the cutting edge tip. It can be easily engaged.
  • the inner diameter of the stopper member in a natural state is larger than the outer diameter of the bottom surface of the chip groove.
  • the bit body has a conical tapered surface formed along an end portion of the chip receiving hole opposite to the bottom surface or the step surface. The maximum inner diameter of the tapered surface is larger than the outer diameter of the stopper member in a natural state.
  • the other end in the axial direction of the tip body of the cutting edge tip engaged with the stop member in a state where there is play in the tip groove is inserted into the tip receiving hole, and the tip body is placed on the bottom surface or step surface of the tip receiving hole.
  • the stop member is reduced by the tapered surface, the stop member is inserted into the chip receiving hole, and moved while reducing the outer diameter of the stop member until reaching the bit groove. It can be easily engaged with the groove.
  • the present invention provides a cutting edge tip for a drill bit configured as follows.
  • a cutting edge tip for a drill bit is formed at (a) a cylindrical tip body, (b) a cutting edge formed on one end side in the axial direction of the tip body, and (c) an axially intermediate position of the tip body, And a chip groove extending in the circumferential direction.
  • the cutting edge tip for an excavation bit having the above configuration can be attached to the bit body so that the wear, abrasion, and breakage of the cutting edge are suppressed.
  • the wear, abrasion, and breakage of the cutting edge of the cutting edge tip can be suppressed, the exchanging time of the excavation bit can be extended, and the excavation speed can be increased.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the excavation bit.
  • Example 1 FIG. 2 is an exploded view of the main part of the excavation bit.
  • Example 1 3A is a plan view of the stopper member, and FIG. 3B is a side view thereof.
  • Example 1 FIG. 4A is a plan view of a disc spring, and FIG. 4B is a side view thereof.
  • Example 1 FIG. 5 is an explanatory view showing a procedure for attaching a stop member to the blade tip.
  • Example 1 FIG. 6 is an explanatory view showing a procedure for attaching the blade tip to the bit body.
  • Example 1 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of contraction of the disc spring and the cutting load.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the excavation bit.
  • (Modification 1 of Example 1) 9A is a front view, and FIG. 9B is a cross-sectional view.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view.
  • Example 1 An excavation bit 10 of Example 1 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the excavation bit 10.
  • FIG. 2 is an exploded view of the main part of the excavation bit 10.
  • the excavation bit 10 has at least one cutting edge tip 20 attached to the distal end portion of the bit body 12.
  • a plurality of cutting edge tips formed with cutting edges are attached to the tip of the bit body 12 so that the cutting edges are exposed. Even if all of them are the same as the cutting edge chips 20, other than the cutting edge chips 20 It is also possible to include a cutting edge tip.
  • the blade tips other than the blade tip 20 may be fixed to the bit body 12 by brazing or the like.
  • a chip receiving hole 14 having a circular bottom surface 14a and a cylindrical inner peripheral surface 14b is formed in the bit body 12.
  • a bit groove 16 extending in the circumferential direction is formed at an intermediate position in the axial direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2) of the inner peripheral surface 14 b of the chip accommodation hole 14.
  • a conical tapered surface 15 is formed in the bit body 12 along the end portion of the chip receiving hole 14 on the side opposite to the bottom surface 14a.
  • the cutting edge tip 20 has a cutting edge 24 formed on one end side in the axial direction (vertical direction in FIG. 1) of the cylindrical tip body 22.
  • a conical end portion 26 is formed on the other end side in the axial direction of the chip body 22.
  • a chip groove 23 extending in the circumferential direction is formed at an intermediate position in the axial direction of the outer peripheral surface 22 s of the chip body 22.
  • the end face 21 at the other end of the tip body 22 in the axial direction is preferably polished so that the tip of the blade tip is easy to rotate when it comes into contact with a disc spring 30 described later.
  • the cutting edge tip 20 can be produced, for example, by sintering an extremely hard material such as diamond or CBN.
  • the outer diameter of the tip body 22 of the cutting edge tip 20 is slightly smaller than the inner diameter of the tip receiving hole 14.
  • the other end side in the axial direction of the tip body 22 of the cutting edge tip 20 is accommodated coaxially with the tip accommodation hole 14 so that the cutting edge 24 of the cutting edge tip 20 protrudes from the tip body 22 and is exposed. .
  • the cutting edge tip 20 can move in the axial direction along the inner peripheral surface 14b of the tip receiving hole 14, and can rotate around the axis.
  • the cutting edge tip 20 is received in the tip receiving hole 14 such that the tip groove 23 faces the bit groove 16.
  • the cutting edge tip 20 is restricted from moving in the axial direction by a stop member 28 that engages with both the bit groove 16 and the tip groove 23, and is prevented from coming out of the tip receiving hole 14.
  • FIG. 3A is a plan view of the stop member 28.
  • FIG. 3B is a side view of the stop member 28.
  • the stop member 28 is formed in a C-shape, and its outer diameter expands and contracts when elastically deformed.
  • the stop member 28 has a concentric outer periphery 28a and an inner periphery 28b, and a hole 28x is formed inside the inner periphery 28b.
  • a notch 28c is formed at one place in the circumferential direction, and the outer periphery 28a and the inner periphery 28b communicate with each other in the notch 28c.
  • the outer diameter of the stop member 28 in the natural state is larger than the inner diameter of the chip receiving hole 14 and is approximately the same as the outer diameter of the groove bottom surface 16s of the bit groove 16 (see FIG. 2). Further, the outer diameter of the stop member 28 in the natural state is smaller than the maximum inner diameter of the tapered surface 15 of the bit body 12. The inner diameter of the stop member 28 in the natural state is smaller than the outer diameter of the cutting edge tip 20 and larger than the outer diameter of the groove bottom surface 23s (see FIG. 2) of the tip groove 23 of the cutting edge tip 20.
  • the disc spring 30 which is a spring member is arrange
  • FIG. 4A is a plan view of the disc spring 30.
  • FIG. 4B is a side view of the disc spring 30.
  • the disc spring 30 has a conical shape in which a ring-shaped portion having a concentric outer periphery 30a and an inner periphery 30b is inclined, and the outer periphery 30a and the inner periphery. The distance (height) between 30b changes.
  • the disc spring 30 is interposed between the end surface 21 of the cutting edge tip 20 and the bottom surface 14 a of the chip receiving hole 14, and the cutting edge tip 20 faces the bottom surface 14 a of the chip receiving hole 14.
  • the tip edge 20 of the blade tip 20 is pressed and contracted.
  • the disc spring 30 may be in contact with or separated from the end face 21 of the cutting edge tip 20 accommodated in the tip accommodation hole 14 in the initial state.
  • 1 and 2 exemplify the case where the inner circumference 30b side of the disc spring 30 faces the end face 21 of the cutting edge tip 20, the upper and lower sides of the disc spring 30 are reversed, and the outer circumference 30a side of the disc spring 30 is illustrated. May be opposed to the end face 21 of the blade tip 20.
  • the disc spring 30 interposed between the end face 21 of the cutting edge tip 20 and the bottom surface 14a of the tip receiving hole 14 may be one piece or plural pieces.
  • the direction of each disc spring 30 is arbitrary. For example, when arranged in the same direction, the height of the whole disc spring can be minimized, and when the orientation is alternately changed, the height of the whole disc spring can be maximized.
  • disc springs having the same size, shape, spring characteristics, etc. may be used, or different disc springs may be used.
  • the present invention is not limited to this.
  • the outer diameter of the disc spring 30 may be smaller or larger than the outer diameter of the cutting edge tip 20.
  • the hole diameter of the part in which the disc spring 30 is accommodated can be made smaller than the hole diameter of the part in which the cutting edge tip 20 is accommodated.
  • the hole diameter of the portion in which the blade tip 30 is accommodated is made larger than the hole diameter of the portion in which the disc spring 30 is accommodated.
  • the disc spring 30 is in direct contact with the end surface 21 of the blade tip 20
  • a member such as a washer is interposed between the blade tip 20 and the disc spring 30, and the blade tip 20 is the bottom surface of the chip receiving hole 14. It is also possible to adopt a configuration in which the disc spring 30 contracts when it moves toward 14a.
  • the stop member 28, the bit groove 16, and the tip groove 23 are provided in both the bit groove 16 and the tip groove 23 even when the cutting edge tip 20 moves toward the bottom surface 14 a of the tip receiving hole 14 and contracts the disc spring 30. Is configured to maintain the engaged state.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a procedure for attaching the stop member 28 to the cutting edge tip 20.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a procedure for attaching the cutting edge tip 20 to which the stopper member 28 is attached to the bit body 12.
  • the conical end portion 26 on the opposite side of the cutting edge 24 of the cutting edge tip 20 is inserted into the hole 28x of the stop member 28.
  • the stopper member 28 is pushed in by using a jig 80 to move the stopper member 28 while spreading.
  • FIG. 5C when the stop member 28 reaches the chip groove 23 of the blade tip 20, the stop member 28 engages with the chip groove 23 of the blade tip 20.
  • the end 26 side of the cutting edge tip 20 to which the stopper member 28 is attached is attached to the bit 26 with the disc spring 30 disposed on the bottom surface 14 a of the tip receiving hole 14 of the bit body 12. It is inserted into the chip receiving hole 14 of the main body 12 and pushed toward the bottom surface 14 a of the chip receiving hole 14. At this time, the outer diameter 28a of the stopper member 28 abuts on the conical tapered surface 15 of the bit body 12 to reduce the outer diameter of the stopper member 28. As shown in FIG. It enters the accommodation hole 14 and moves in the chip accommodation hole 14. Then, as shown in FIG.
  • the excavation bit 10 is mounted with an excavator and is driven to rotate or moved by the excavator. At this time, the cutting edge tip attached to the excavation bit is pressed against the formation or the rock, and moves to, for example, a spiral while destroying the formation or the rock, and the load acting on the cutting edge 24 of the cutting edge 20 is large.
  • the sheath direction fluctuates in a complicated manner.
  • the disc spring 30 is deformed.
  • the load distributed to the individual cutting edge tips of the excavation bit 10 during excavation changes, the load acting on the cutting edge 24 of the cutting edge tip 20 is relaxed, and wear and abrasion of the cutting edge 24 are suppressed.
  • the impact can be absorbed by the disc spring 30, so that damage to the cutting edge 24 is suppressed.
  • the load acting on the cutting edge 24 is relaxed and absorbed, and wear, abrasion, and breakage of the cutting edge 24 are suppressed.
  • the exchanging time of the excavation bit 10 can be extended and the excavation speed can be increased.
  • the cutting edge tip 20 can rotate in a direction in which the load acting on the cutting edge 24 is relieved even when the disc spring 30 is pressed. By rotating the blade tip 20, the load acting on the blade tip 20 can be further relaxed, the exchanging time of the excavation bit 10 can be further extended, and the excavation speed can be increased.
  • the cutting edge tip 20 is more easily rotated as the position where the load acts on the cutting edge 24 of the cutting edge tip 20 and the contact position between the cutting edge tip 20 and the disc spring 30 are separated in the radial direction.
  • a large load acts on the cutting edge tip 20 near the outer periphery of the cutting edge 24.
  • the cutting edge tip 20 is more than the cutting edge 24 than when the outer periphery 30 a of the disc spring 30 is in contact with the end surface 21 of the cutting edge tip 20. Therefore, it is possible to extend the exchanging time of the excavation bit 10 and increase the excavation speed.
  • FIG. 7 is a graph conceptually showing the relationship between the amount of contraction of the disc spring 30 and the excavation load (load in the axial direction of the cutting edge tip 20) acting on the cutting edge 24 of the cutting edge tip 20.
  • the case where initial constriction is given to the disc spring 30 is shown. If the disc spring 30 is made of spring steel or the like, it can be restored even if it is crushed substantially flat due to a large load, and as shown in FIG. . Therefore, the disc spring 30 is suitable as a spring member of a spring mechanism that holds the cutting edge tip 20.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the excavation bit 10k according to Modification 1. As shown in FIG. 8, the excavation bit 10k is configured in substantially the same manner as the excavation bit 10 of the first embodiment. In the following description, the same reference numerals are used for the same components, and differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the cutting edge tip 20k has a hemispherical shape with the cutting edge 24k. Compared with the cylindrical cutting edge 24 of the first embodiment, the cutting edge 24k is less likely to be chipped because it has fewer edges, and has high resistance to impact loads. Therefore, the cutting edge 24k is suitable for a rotary cone type bit, for example.
  • stop member 28 into the tip groove 23 of the blade tip 20k from the blade tip 24k side.
  • the tip receiving hole 14k has a ring-shaped step surface 14c, and a disc spring 30 is interposed between the step surface 14c and the end surface 21 of the blade tip 20k.
  • the hole 17 communicating with the stepped surface 14c can be used for extruding the cutting edge tip 20k.
  • the bit body 12 may be configured such that the chip receiving holes 14 and 14k are formed by combining a plurality of members.

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Abstract

　刃先チップの摩耗、磨滅、破損を抑制し、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる掘削用ビットを提供する。　掘削用ビット（１０）は、ビット本体（１２）と、刃先（２４）が形成され、刃先（２４）が露出するようにビット本体（１２）に取り付けられた複数の刃先チップ（２０）と、刃先チップ（２０）のうち少なくとも１つを後退可能に保持し、後退した刃先チップ（２０）を元に戻る方向に付勢するばね部材（３０）を含むばね機構とを備える。

Description

掘削用ビット
　本発明は、掘削用ビットに関し、詳しくは、刃先チップが取り付けられた掘削用ビットに関する。
　坑井等を掘削していくためのツールである掘削用ビットは、掘削装置に装着され、ビット本体の先端部が地層や岩盤に押し当てられる。岩盤等を破壊するため、ビット本体の先端部には、硬度が高いダイヤモンド等の焼結体の刃先を有する刃先チップが取り付けられている。
　例えば特許文献１には、図９に示す掘削用ビットが開示されている。図９（ａ）は、掘削用ビットのビット本体１の先端部３を軸線Ｏ方向から見た正面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＺＯＺ断面図である。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、掘削用ビットのビット本体１の先端部３に、刃先チップ５が取り付けられている。刃先チップ５は、網掛けを付して図示されている。刃先チップ５は、ビット本体１の埋め込み穴８に、中心軸Ｃ回りに回転自在に配置され、かつ中心軸Ｃ方向先端側に向けて抜け止めされている。刃先チップ５は、回転することによって、固定されている場合と比べて刃先の片減りを抑制することができる。
　また、例えば特許文献１には、図１０の断面図に示すように、埋め込み穴８の穴底面８Ｇに、緩衝材２を介装することが開示されている。緩衝材２は、回転可能な刃先チップ５よりは勿論、埋め込み穴８が形成されたビット本体１を構成する鋼材などよりも軟質の、例えば銅板などにより形成される。緩衝材２は、掘削時の打撃力や推力の反力としての負荷が、回転可能な刃先チップ５Ａからビット本体１に直接作用するのを避け、ビット本体１の破損が生じるのを防ぐ。
　すなわち、緩衝材２は、刃先チップとビット本体との片当たりを防ぎ、ビット本体への荷重伝達面を拡大し、ビット本体において応力集中を抑制することによって、ビット本体の破損を防ぐ。しかしながら、刃先チップの刃先に作用する荷重自体は、緩衝材２を用いても緩和されない。
特開２０１３－１３６９３７号公報
　刃先チップは、刃先に作用する荷重が大きいほど、刃先が摩耗したり、摩滅したりしやすい。また、刃先に過大な荷重が作用すると、刃先が破損する。刃先チップの刃先が摩耗したり、磨滅したり、破損したりすると、掘削能力が低下するため、掘削装置に装着された掘削用ビットは交換される。掘削用ビットの交換中は掘削作業ができないため、掘削用ビットの交換時期を延ばすことが望まれている。
　また、掘削スピードを上げ、できるだけ短時間で出来るだけ深く掘り進むことが望まれている。
　本発明は、かかる実情に鑑み、刃先チップの刃先の摩耗、磨滅、破損を抑制し、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる掘削用ビットを提供することを目的としている。
　本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した掘削用ビットを提供する。
　掘削用ビットは、（ａ）ビット本体と、（ｂ）刃先が形成され、前記刃先が露出するように前記ビット本体に取り付けられた複数の刃先チップと、（ｃ）前記刃先チップのうち少なくとも１つを後退可能に保持し、後退した前記刃先チップを元に戻る方向に付勢するばね部材を含むばね機構とを備える。
　上記構成によれば、ばね機構に保持された刃先チップが後退すると、掘削中に掘削用ビットの個々の刃先チップに配分される荷重が変化し、ばね機構に保持された刃先チップの刃先に作用する荷重が緩和され、刃先の摩耗、磨滅が抑制される。また、ばね機構に保持された刃先チップの刃先に衝撃荷重が作用しても、ばね部材によって衝撃を吸収することができるため、刃先の破損が抑制される。ばね機構に保持された刃先チップは、刃先に作用する荷重が緩和、吸収され、刃先の摩耗、磨滅、破損が抑制されるので、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができる共に、掘削スピードを上げることができる。
　好ましい一態様において、前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、円筒状のチップ本体を有し、前記チップ本体の軸方向一方端側に前記刃先が形成されている。前記ばね機構は、前記ビット本体に形成された、底面又は段面を有する円筒状のチップ収容穴を含み、前記チップ収容穴に、前記チップ本体の軸方向他端側が同軸かつ軸方向移動可能かつ回転可能に収容される。前記ばね部材は、前記チップ収容穴の前記底面又は前記段面と、前記チップ収容穴に収容された前記チップ本体の前記軸方向他端側との間に介装され、前記底面又は前記段面に向かう前記チップ本体の移動によって縮む皿ばねである。
　この場合、ばね機構に保持された刃先チップは、皿ばねを押圧した状態でも、刃先に作用する荷重が緩和される方向に回転可能であるため、刃先チップに作用する荷重をより緩和し、掘削用ビットの交換時期をより延ばすことができる。また、掘削スピードを上げることによって負荷が増大しても、刃先チップに作用する荷重がより緩和されるので、掘削スピードをより上げることができる。
　好ましくは、前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、前記チップ本体の軸方向中間位置に、周方向に延在するチップ溝が形成されている。前記ばね機構は、（ａ）前記ビット本体に形成され、前記チップ収容穴の軸方向中間位置において前記チップ収容穴に沿って周方向に延在し、前記ばね機構に保持された前記刃先チップの前記チップ溝が対向するビット溝と、（ｂ）前記チップ収容穴の内径より大きい外径と、前記チップ収容穴の内径より小さい内径とを有し、互いに対向する前記チップ溝と前記ビット溝とに係合して前記ばね機構に保持された前記刃先チップの軸方向移動範囲を規制する、Ｃ字状の止め部材とを、さらに含む。
　この場合、簡単な構成によって、チップ収容穴から刃先チップが抜け出ることがないようすることができる。また、刃先チップによって皿ばねが圧縮される状態で刃先チップをビット本体に取り付け、刃先チップの刃先に所定以上の荷重が作用したら刃先チップが後退するように構成することもできる。
　好ましくは、前記チップ本体の前記軸方向他端側に、外径が自然状態の前記止め部材の前記内径より小さい部分を含む円錐状の端部が形成されている。
　この場合、刃先チップの端部を止め部材の穴に挿入し、止め部材を刃先チップのチップ溝に達するまで、止め部材の内径を広げながら移動させることによって、止め部材を刃先チップのチップ溝に容易に係合させることができる。
　好ましくは、自然状態の前記止め部材の前記内径は、前記チップ溝の底面の外径より大きい。前記ビット本体は、前記底面又は前記段面とは反対側の前記チップ収容穴の端部に沿って円錐状のテーパ面が形成されている。前記テーパ面の最大内径は、自然状態の前記止め部材の前記外径より大きい。
　この場合、チップ溝に遊びがある状態で止め部材が係合された刃先チップのチップ本体の軸方向他端側を、チップ収容穴に挿入し、チップ本体をチップ収容穴の底面又は段面に向かって移動させ、止め部材の外径をテーパ面によって小さくして、止め部材をチップ収容穴に入れ、ビット溝に達するまで、止め部材の外径を縮めながら移動させることによって、止め部材をビット溝に簡単に係合させることができる。
　また、本発明は、以下のように構成した掘削ビット用刃先チップを提供する。
　掘削ビット用刃先チップは、（ａ）円筒状のチップ本体と、（ｂ）前記チップ本体の軸方向一端側に形成された刃先と、（ｃ）前記チップ本体の軸方向中間位置に形成され、周方向に延在するチップ溝とを備える。
　上記構成の掘削ビット用刃先チップは、刃先の摩耗、磨滅、破損が抑制されるように、ビット本体に取り付けることができる。
　本発明によれば、刃先チップの刃先の摩耗、磨滅、破損を抑制し、掘削用ビットの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。
図１は掘削用ビットの要部断面図である。（実施例１） 図２は掘削用ビットの要部分解図である。（実施例１） 図３は止め部材の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。（実施例１） 図４は皿ばねの（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。（実施例１） 図５は刃先チップに止め部材を取り付ける手順を示す説明図である。（実施例１） 図６は刃先チップをビット本体に取り付ける手順を示す説明図である。（実施例１） 図７は皿ばねの縮み量と切削荷重との関係を示すグラフである。（実施例１） 図８は掘削用ビットの要部断面図である。（実施例１の変形例１） 図９は（ａ）正面図、（ｂ）断面図である。（従来例１） 図１０は断面図である。（従来例２）
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　＜実施例１＞　実施例１の掘削用ビット１０について、図１～図８を参照しながら説明する。
　図１は、掘削用ビット１０の要部断面図である。図２は、掘削用ビット１０の要部分解図である。図１及び図２に示すように、掘削用ビット１０は、ビット本体１２の先端部に少なくとも１個の刃先チップ２０が取り付けられている。ビット本体１２の先端部には、刃先が形成された複数個の刃先チップが、刃先が露出するように取り付けられており、その全てが刃先チップ２０と同じものであっても、刃先チップ２０以外の刃先チップを含んでいても構わない。刃先チップ２０以外の刃先チップは、ろう付けなどによってビット本体１２に固定されても構わない。
　ビット本体１２には、円形の底面１４ａと円筒状の内周面１４ｂとを有するチップ収容穴１４が形成されている。チップ収容穴１４の内周面１４ｂの軸方向（図１及び図２では上下方向）の中間位置に、周方向に延在するビット溝１６が形成されている。
　また、ビット本体１２には、底面１４ａとは反対側のチップ収容穴１４の端部に沿って、円錐状のテーパ面１５が形成されている。
　刃先チップ２０は、円筒状のチップ本体２２の軸方向（図１では上下方向）の一端側に、刃先２４が形成されている。チップ本体２２の軸方向他端側には、円錐状の端部２６が形成されている。チップ本体２２の外周面２２ｓの軸方向中間位置には、周方向に延在するチップ溝２３が形成されている。チップ本体２２の軸方向他端の端面２１は、後述する皿ばね３０に接触したときに刃先チップが回転しやすくいように、研磨しておくことが好ましい。刃先チップ２０は、例えば、ダイヤモンドやＣＢＮなどの極めて固い材料を焼結することにより、作製することができる。
　刃先チップ２０のチップ本体２２の外径は、チップ収容穴１４の内径より多少小さい。チップ収容穴１４には、刃先チップ２０の刃先２４がチップ本体２２から突出して露出するように、刃先チップ２０のチップ本体２２の軸方向他端側が、チップ収容穴１４と同軸に収容されている。刃先チップ２０は、チップ収容穴１４の内周面１４ｂに沿って軸方向に移動可能であり、かつ軸まわりの回転が可能である。
　刃先チップ２０は、チップ溝２３がビット溝１６に対向するように、チップ収容穴１４に収容される。刃先チップ２０は、ビット溝１６とチップ溝２３との両方に係合する止め部材２８によって、軸方向の移動範囲が規制され、チップ収容穴１４から抜け出ないようになっている。
　図３（ａ）は、止め部材２８の平面図である。図３（ｂ）は、止め部材２８の側面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、止め部材２８はＣ字状に形成され、弾性変形すると外径が拡大、縮小する。詳しくは、止め部材２８は、同心円状の外周２８ａと内周２８ｂとを有し、内周２８ｂの内側に穴２８ｘが形成されている。周方向の１箇所には切欠き２８ｃが形成され、切欠き２８ｃにおいて外周２８ａと内周２８ｂの間が連通している。
　自然状態の止め部材２８の外径は、チップ収容穴１４の内径より大きく、ビット溝１６の溝底面１６ｓ（図２参照）の外径と同程度である。また、自然状態の止め部材２８の外径は、ビット本体１２のテーパ面１５の最大内径より小さい。自然状態の止め部材２８の内径は、刃先チップ２０の外径より小さく、刃先チップ２０のチップ溝２３の溝底面２３ｓ（図２参照）の外径より大きい。
　チップ収容穴１４の底面１４ａには、ばね部材である皿ばね３０が配置される。図４（ａ）は、皿ばね３０の平面図である。図４（ｂ）は、皿ばね３０の側面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、皿ばね３０は、同心の外周３０ａと内周３０ｂとを有する輪状部分が円錐状に傾斜した形状を有し、外周３０ａと内周３０ｂとの間の距離（高さ）が変化する。
　図１及び図２に示すように、皿ばね３０は、刃先チップ２０の端面２１とチップ収容穴１４の底面１４ａとの間に介装され、刃先チップ２０がチップ収容穴１４の底面１４ａに向かって移動すると、刃先チップ２０の端面２１に押圧されて縮む。皿ばね３０は、初期状態において、チップ収容穴１４に収容された刃先チップ２０の端面２１と接していても、離れていてもよい。
　図１及び図２には、皿ばね３０の内周３０ｂ側が刃先チップ２０の端面２１に対向する場合を例示しているが、皿ばね３０の上下を反転して、皿ばね３０の外周３０ａ側を刃先チップ２０の端面２１に対向させてもよい。
　刃先チップ２０の端面２１とチップ収容穴１４の底面１４ａとの間に介装される皿ばね３０は１枚でも、複数枚でも構わない。複数枚の皿ばね３０を用いる場合、各皿ばね３０の向きは任意である。例えば、同じ向きに揃えて配置すると、皿ばね全体の高さを最小にすることができ、向きを交互に変えて配置すると、皿ばね全体の高さを最大にすることができる。複数枚の皿ばねを介装する場合、寸法、形状、ばね特性等が同じ皿ばねを用いても、異なる皿ばねを用いても構わない。
　刃先チップ２０の外径と皿ばね３０の外径とが略等しい場合を例示したが、これに限るものではない。例えば、刃先チップ２０の外径に対して、皿ばね３０の外径を、よりも小さくしても、よりも大きくしてもよい。前者の場合、皿ばね３０が収容される部分の穴径を、刃先チップ２０が収容される部分の穴径よりも小さくすることができる。後者の場合、皿ばね３０が収容される部分の穴径より、刃先チップ２０が収容される部分の穴径よりを大きくする。
　刃先チップ２０の端面２１に皿ばね３０が直接接触する場合を例示したが、刃先チップ２０と皿ばね３０との間に、座金等の部材が介在し、刃先チップ２０がチップ収容穴１４の底面１４ａに向かって移動すると皿ばね３０が縮む構成とすることも可能である。
　止め部材２８、ビット溝１６、チップ溝２３は、刃先チップ２０がチップ収容穴１４の底面１４ａに向かって移動し皿ばね３０を縮めても、ビット溝１６とチップ溝２３の両方に止め部材２８が係合する状態が保たれるように構成する。
　次に、ビット本体１２に刃先チップ２０を取り付ける手順について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、刃先チップ２０に止め部材２８を取り付ける手順を示す説明図である。図６は、止め部材２８が取り付けられた刃先チップ２０をビット本体１２に取り付ける手順を示す説明図である。
　まず、図５（ａ）に示すように、刃先チップ２０の刃先２４とは反対側の円錐状の端部２６を、止め部材２８の穴２８ｘに挿入する。次いで、図５（ｂ）に示すように、治具８０を用いて止め部材２８を押し込むことによって、止め部材２８を広げながら移動させる。そして、図５（ｃ）に示すように、止め部材２８が刃先チップ２０のチップ溝２３に達すると、止め部材２８は刃先チップ２０のチップ溝２３に係合する。
　次いで、図６（ａ）に示すように、ビット本体１２のチップ収容穴１４の底面１４ａに皿ばね３０を配置した状態で、止め部材２８が取り付けれた刃先チップ２０の端部２６側を、ビット本体１２のチップ収容穴１４に挿入し、チップ収容穴１４の底面１４ａに向けて押し込む。このとき、止め部材２８の外周２８ａがビット本体１２の円錐状のテーパ面１５に当接することによって止め部材２８の外径が小さくされ、図６（ｂ）に示すように、止め部材２８はチップ収容穴１４に入り、チップ収容穴１４内を移動する。そして、図６（ｃ）に示すように、刃先チップ２０のチップ溝２３がチップ収容穴１４のビット溝１６に対向する位置に達すると、止め部材２８の外径が大きくなり、止め部材２８はビット溝１６に係合する。これによって、止め部材２８は、ビット溝１６とチップ溝２３の両方に係合する状態となり、刃先チップ２０の取り付けが完了する。
　掘削用ビット１０は、掘削装置の装着されて、掘削装置によって回転駆動されたり移動させられたりする。このとき、掘削用ビットに取り付けられている刃先チップは、地層や岩盤に押し当てられ、地層や岩盤を破壊しながら、例えば螺旋状に移動し、刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重の大きさや向きが複雑に変動する。
　刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重によって刃先チップ２０がビット本体１２側に後退すると、皿ばね３０が変形する。これによって、掘削中に掘削用ビット１０の個々の刃先チップに配分される荷重が変化し、刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重が緩和され、刃先２４の摩耗、磨滅が抑制される。また、刃先チップ２０の刃先２４に衝撃荷重が作用しても、皿ばね３０によって衝撃を吸収することができるため、刃先２４の破損が抑制される。刃先チップ２０は、刃先２４作用する荷重が緩和、吸収され、刃先２４の摩耗、磨滅、破損が抑制される。その結果、掘削用ビット１０の交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。
　刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重が減少すると、皿ばね３０の付勢によって、刃先チップ２０はビット本体１２から突出する方向に押し戻される。そのため、刃先チップ２０の刃先２４に作用する荷重を、繰り返し緩和、吸収することができる。
　刃先チップ２０は、皿ばね３０を押圧した状態でも、刃先２４に作用する荷重が緩和される方向に回転可能である。刃先チップ２０の回転によって、刃先チップ２０に作用する荷重をより緩和し、掘削用ビット１０の交換時期をさらに延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。
　刃先チップ２０の刃先２４に荷重が作用する位置と、刃先チップ２０と皿ばね３０との接触位置とが径方向に離れているほど、刃先チップ２０は回転しやすい。刃先チップ２０は、刃先２４の外周付近に大きな荷重が作用する。図１に示したように皿ばね３０の内周３０ｂ側が刃先チップ２０の端面２１に接する場合、皿ばね３０の外周３０ａ側が刃先チップ２０の端面２１に接する場合よりも、刃先チップ２０は刃先２４に作用する荷重によって回転しやすいため、掘削用ビット１０の交換時期をより延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。
　図７は、皿ばね３０の縮み量と、刃先チップ２０の刃先２４に作用する掘削荷重（刃先チップ２０の軸方向の荷重）との関係を概念的に示すグラフである。皿ばね３０に初期縮みを与えた場合を示している。皿ばね３０をばね鋼等で作製すると、大荷重が作用して略平らに押しつぶされても復元可能であり、図７に示すように、収縮代を超えても、ある程度のばね性を確保できる。そのため、皿ばね３０は、刃先チップ２０を保持するばね機構のばね部材として、好適である。
　＜変形例１＞　図８は、変形例１の掘削用ビット１０ｋの要部断面図である。図８に示すように、掘削用ビット１０ｋは、実施例１の掘削用ビット１０と略同様に構成されている。以下では、同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。
　刃先チップ２０ｋは、刃先２４ｋが半球状の形状を有している。この刃先２４ｋは、実施例１の円筒形状の刃先２４と比較すると、エッジが少ないため欠けにくく、衝撃荷重に対する耐性が高いため、例えばロータリーコーン型のビットに好適である。
　また、刃先チップ２０ｋのチップ溝２３に、刃先２４ｋ側から止め部材２８を嵌めることが可能である。
　また、チップ収容穴１４ｋは、リング状の段面１４ｃを有し、段面１４ｃと刃先チップ２０ｋの端面２１との間に皿ばね３０が介装されている。段面１４ｃに連通する穴１７は、刃先チップ２０ｋを押し出すためなどに利用可能である。
　＜まとめ＞　以上に説明したように、皿ばね３０を介して弾力的に刃先チップ２０，２０ｋを保持することによって、刃先チップ２０，２０ｋに作用する荷重が緩和、吸収され、刃先２４，２４ｋの摩耗、磨滅、破損が抑制されるので、掘削用ビット１０，１０ｋの交換時期を延ばすことができると共に、掘削スピードを上げることができる。
　なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
　例えば、ビット本体１２は、複数個の部材の組み合わせてチップ収容穴１４，１４ｋ等が形成されるように構成しても構わない。
　１０，１０ｋ　掘削用ビット
　１２　ビット本体
　１４，１４ｋ　チップ収容穴
　１４ａ　底面
　１４ｃ　段面
　１５　テーパ面
　１６　ビット溝
　２０，２０ｋ　刃先チップ
　２１　端面
　２２　チップ本体
　２３　チップ溝
　２４，２４ｋ　刃先
　２６　端部
　２８　止め部材
　３０　皿ばね（ばね部材）
　３０ａ　外周
　３０ｂ　内周

Claims (6)

  1. 　ビット本体と、
    　刃先が形成され、前記刃先が露出するように前記ビット本体に取り付けられた複数の刃先チップと、
    　前記刃先チップのうち少なくとも１つを後退可能に保持し、後退した前記刃先チップを元に戻る方向に付勢するばね部材を含むばね機構と、
    を備えたことを特徴とする、掘削用ビット。
  2. 　前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、円筒状のチップ本体を有し、前記チップ本体の軸方向一方端側に前記刃先が形成され、
    　前記ばね機構は、前記ビット本体に形成された、底面又は段面を有する円筒状のチップ収容穴を含み、前記チップ収容穴に、前記チップ本体の軸方向他端側が同軸かつ軸方向移動可能かつ回転可能に収容され、
    　前記ばね部材は、前記チップ収容穴の前記底面又は前記段面と、前記チップ収容穴に収容された前記チップ本体の前記軸方向他端側との間に介装され、前記底面又は前記段面に向かう前記チップ本体の移動によって縮む皿ばねであることを特徴とする、請求項１に記載の掘削用ビット。
  3. 　前記ばね機構に保持された前記刃先チップは、前記チップ本体の軸方向中間位置に、周方向に延在するチップ溝が形成され、
    　前記ばね機構は、
    　前記ビット本体に形成され、前記チップ収容穴の軸方向中間位置において前記チップ収容穴に沿って周方向に延在し、前記ばね機構に保持された前記刃先チップの前記チップ溝が対向するビット溝と、
    　前記チップ収容穴の内径より大きい外径と、前記チップ収容穴の内径より小さい内径とを有し、互いに対向する前記チップ溝と前記ビット溝とに係合して前記ばね機構に保持された前記刃先チップの軸方向移動範囲を規制する、Ｃ字状の止め部材と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の掘削用ビット。
  4. 　前記チップ本体の前記軸方向他端側に、外径が自然状態の前記止め部材の前記内径より小さい部分を含む円錐状の端部が形成されたことを特徴とする、請求項３に記載の掘削用ビット。
  5. 　自然状態の前記止め部材の前記内径は、前記チップ溝の底面の外径より大きく、
    　前記ビット本体は、前記底面又は前記段面とは反対側の前記チップ収容穴の端部に沿って円錐状のテーパ面が形成され、前記テーパ面の最大内径は、自然状態の前記止め部材の前記外径より大きいことを特徴とする、請求項４に記載の掘削用ビット。
  6. 　円筒状のチップ本体と、
    　前記チップ本体の軸方向一端側に形成された刃先と、
    　前記チップ本体の軸方向中間位置に形成され、周方向に延在するチップ溝と、
    を備えたことを特徴とする、掘削ビット用の刃先チップ。
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