JP2014005686A

JP2014005686A - 掘削工具

Info

Publication number: JP2014005686A
Application number: JP2012143073A
Authority: JP
Inventors: Yoneo Hiwasa; 米雄日和佐; Hiroshi Ota; 博士太田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-16

Abstract

【課題】手掘り作業に用いた場合でも、真直性は維持して穴曲がりを防ぎつつ、真円に近い掘削穴を形成することができるとともに、掘削時の反発力を抑えて適正な推力を与えることができ、工具への負担を軽減しながら掘削速度を高めて作業効率の向上を図ることが可能な掘削工具を提供する。
【解決手段】工具本体１先端部の工具中心線Ｏ上にバリスティックチップまたはボタンチップよりなるセンターチップ４が植設されるとともに、工具本体１の先端部外周にはゲージチップ５が植設されており、このゲージチップ５の先端部は、ボタンチップの先端部を工具中心線Ｏに垂直な方向からみて凸Ｖ字状に切り欠くとともに、この凸Ｖ字の稜線部に、工具中心線Ｏに垂直に延びる幅Ｘが１．５ｍｍ以上の平坦面５Ａを形成した形状とされ、この平坦面５Ａに対してセンターチップ４の先端４Ａが工具中心線Ｏ方向先端側に突出している。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に作業者が削岩機を保持して掘削を行う手掘り作業に用いて好適な掘削工具に関するものである。

このような手掘り作業に用いられる掘削工具は一般にテーパ嵌合によって掘削ロッドの先端に取り付けられ、この掘削ロッドが取り付けられた削岩機を作業者が手で保持して、削岩機から掘削ロッドを介して掘削工具に与えられる打撃力および回転力と、人力で削岩機および掘削ロッドごと掘削工具を岩盤に押し付ける推力とにより掘削を行う。このようなテーパ嵌合で掘削ロッドに取り付けられる掘削工具として、特許文献１には工具本体先端部にボタンチップが植設されたボタンビットが記載され、また特許文献２にはチップの断面が山形に尖ったチゼルタイプの刃体を備えたクロスビットが記載されている。

特公昭６３−４３５５１号公報特開平８−３１２２８０号公報

ところが、手掘り作業は上述のように作業者が削岩機を保持して掘削を行うため、掘削時に削岩機から発生する打撃力と回転力の反力を受けるのは作業者であり、特に特許文献１に記載されたボタンビットでは、掘削速度は高いものの、その先端部の中心から離れた位置にチップが植設されているため、過大な反力を受けたときに穴曲がりが生じ易い。また、反力が大きいと作業者にかかる負荷が増え、掘削速度の低下などの作業効率の劣化を招いてしまう。

一方、特許文献２に記載されたようなクロスビットでは、山形に尖った刃体が岩盤に食い付くため、ボタンビットに比べて真直性は高く、穴曲がりが発生することは少ない。しかしながら、特許文献２に記載されたクロスビットは、工具本体の先端部に径方向に延びるように植設した複数の短冊形のチップの先端部を山形に尖らせた、いわゆるハウスチップを採用しているものであり、岩盤との接触面積が大きくて掘削時の反発力が大きく、適正な推力を与えることが困難となるおそれがあって、やはり掘削速度の低下による作業効率の劣化が生じるのは勿論、空打ちが増えて掘削工具への負担も増大することになる。

さらに、この特許文献２に記載されたようなクロスビットでは、山形に尖らせたチップの先端部が鋭すぎると、複数のチップのうちいずれか一つのチップの先端部を中心に掘削工具が回転させられることがあり、これにより、掘削された穴の断面が真円とはならずに多角形状となってしまうおそれもある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、作業者が削岩機を手で保持する手掘り作業に用いた場合でも、真直性は維持して穴曲がりを防ぎつつ、真円に近い掘削穴を形成することができるとともに、掘削時の反発力を抑えて適正な推力を与えることができ、工具への負担を軽減しながら掘削速度を高めて作業効率の向上を図ることが可能な掘削工具を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、工具本体先端部の工具中心線上にバリスティックチップまたはボタンチップよりなるセンターチップが植設されるとともに、上記工具本体の先端部外周にはゲージチップが植設されており、このゲージチップの先端部は、ボタンチップの先端部を上記工具中心線に垂直な方向から見て凸Ｖ字状に切り欠くとともに、この凸Ｖ字の稜線部に、上記工具中心線に垂直に延びる幅が１．５ｍｍ以上の平坦面を形成した形状とされ、この平坦面に対して上記センターチップの先端が上記工具中心線方向先端側に突出していることを特徴とする。

このように構成された掘削工具では、工具本体先端部の工具中心線上にバリスティックチップまたはボタンチップよりなるセンターチップが植設されている上、工具本体の先端部外周に植設されるゲージチップの先端部は、工具中心線に垂直な方向からみてチゼルタイプのチップのように凸Ｖ字状をなしているので、真直性が高くて過大な反力を受けても穴曲がりが生じ難い。しかも、こうしてセンターチップが配置されていることと、ゲージチップの先端部がなす凸Ｖ字の稜線部に平坦面が形成されていて、この凸Ｖ字が鋭くなりすぎないようにされているので、工具本体を確実に工具中心線回りに回転させることができ、掘削穴の断面を真円に近づけることができる。

その一方で、ゲージチップは、ボタンチップの略半球状の先端部を上述のように工具中心線に垂直な方向からみて凸Ｖ字状に切り欠くように形成されたものであるので、特許文献２のようなハウスチップに比べて上記凸Ｖ字の径方向の長さを短くして岩盤との接触面積を小さくすることができ、岩盤からの反発力を抑制して空打ちによる工具への負担を防ぎつつ、人力によっても適正な推力を掘削工具に与えることができる。なお、この先端部が凸Ｖ字状に切りかかれてゲージチップとされる前のボタンチップは、センターチップがボタンチップである場合の該ボタンチップと同種のものであってもよく、また上記接触面積が大きくなりすぎたりしなければ、大きさ等が異なるものであってもよい。

さらに、センターチップの先端は、このゲージチップの平坦面よりも工具中心線方向先端側に突出しているので、岩盤は、掘削穴の中央部がセンターチップによって掘削されて周囲が脆くなったところを先端凸Ｖ字状のゲージチップによって掘削されることにもなるので、適正な推力が与えられることも相俟って、掘削速度を向上させて高い作業効率を得ることができる。

ここで、上記平坦面の幅が狭すぎると、ゲージチップの先端が鋭くなりすぎて掘削穴の断面を真円に近づけるのが困難となるおそれがある。このため、平坦面の幅は１．５ｍｍ以上とされている。ただし、逆に平坦面の幅が広すぎると、ゲージチップと岩盤との接触面積が大きくなって反発力が増大し、掘削速度を向上させることができなくなるおそれが生じるため、上記平坦面の幅は２．０ｍｍ以下とされていることが望ましい。

また、ゲージチップの平坦面に対するセンターチップ先端の突出量が小さすぎたり、ゲージチップの平坦面よりもセンターチップの先端が工具中心線方向後端側に後退していたりすると、センターチップによって工具本体を工具中心線回りに確実に回転させることができずに、ゲージチップにより断面多角形状の掘削穴が形成されてしまったり、センターチップとゲージチップが同時に岩盤を掘削するような掘削形態となって、掘削速度を向上させることができなくなるおそれがある。その一方で、逆にセンターチップの突出量が大きすぎても、岩盤とセンターチップとの接触面積が大きくなることにより、掘削速度が低下するおそれがあるので、上記平坦面に対するセンターチップの先端の突出量は１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内とされるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、手掘り作業に用いたとしても、穴曲がりが発生したり断面多角形の掘削穴が形成されたりするのを防いで、高精度の掘削を行うことができるとともに、工具への負担を軽減しつつ、人力でも適正な推力を掘削工具に与えて、高い掘削速度により効率的な掘削作業を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。図１に示す実施形態の拡大正面図である。図１に示す実施形態の平面図である。図１に示す実施形態の側面図である。

図１ないし図４は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において工具本体１は、鋼材等により形成されて先端側（図３および図４において右側）が有底の工具中心線Ｏを中心とした概略円筒状をなし、図示されないその内周部は、先端側に向かうに従い内径が漸次縮径するテーパ状とされている。また、工具本体１の先端部は、先端側に向かうに従い緩やかに傾斜して漸次拡径した後、これよりも急傾斜で内周側に向かうように傾斜して縮径し、工具中心線Ｏに垂直な円形の先端中央部に至るようにされている。

この工具本体１の先端部には、周方向に等間隔に複数条（本実施形態では４条）の繰り粉排出溝２が、工具本体１先端部が先端側に向けて漸次拡径する位置から、上記先端中央部の外周側に至るように形成されている。これらの繰り粉排出溝２のうち、工具中心線Ｏを間にして互いに反対側の２つの繰り粉排出溝２には、工具本体１の内周部の底面から延びるブローホール３が開口させられている。

また、工具本体１先端部の上記先端中央部には、超硬合金等の硬質材料よりなるバリスティックチップまたはボタンチップ（本実施形態ではバリスティックチップ）がセンターチップ４として植設されている。このセンターチップ４は、その中心線および先端４Ａが工具中心線Ｏ上に位置するようにして、先端中央部の中心に先端側に突出するように植設されている。

一方、この工具本体１の先端中央部の周りの先端側に向けて急傾斜で縮径する円錐台状の傾斜面には、隣接する上記繰り粉排出溝２の開口部の間の中央部に、周方向に等間隔に複数（本実施形態では４つ）のゲージチップ５が植設されている。そして、これらのゲージチップ５の先端部は、その中心線を先端側に向かうに従い上記傾斜面に垂直に外周側に向かうように植設されたボタンチップの半球状をなす先端部を、工具中心線Ｏに垂直な方向から見て該工具中心線Ｏに関して対称な凸Ｖ字状に切り欠くとともに、さらにこの凸Ｖ字の先端稜線部を、工具中心線Ｏに垂直な平坦面５Ａによって径方向に切り欠いた形状とされている。また、ゲージチップ５の外周部も、工具本体１の最大外径よりも僅かに大きな外径の工具中心線Ｏを中心とした円筒面で切り欠いた形状とされている。

ここで、平坦面５Ａの幅（図２に示すように工具中心線Ｏ先端側から見て工具中心線Ｏを中心とした円の接線方向の幅）Ｘは１．５ｍｍ以上とされ、ただし本実施形態では２．０ｍｍ以下の範囲内とされている。また、この平坦面５Ａは、工具中心線Ｏ方向においては工具本体１の上記先端中央部よりも先端側に突出した位置にあり、センターチップ４の先端４Ａは、この平坦面５Ａよりもさらに工具中心線Ｏ方向先端側に突出させられていて、平坦面５Ａに対するセンターチップ４の先端４Ａの突出量Ｙは、本実施形態では１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内とされている。さらに、ゲージチップ５の平坦面５Ａの径方向の長さＺは、本実施形態では６ｍｍとされている。

このように構成された掘削工具は、そのテーパ状の上記内周部が、手持ちの削岩機に取り付けられた掘削ロッドのテーパ状の先端部にテーパ嵌合させられて取り付けられ、削岩機によって工具中心線Ｏ方向先端側に向けた打撃力と工具中心線Ｏ回りの回転力が与えられるとともに、作業者が削岩機を保持して岩盤に押し付けることにより推力が与えられることによって、上記センターチップ４とゲージチップ５により岩盤を掘削してゆく。また、掘削時に生じた繰り粉は、掘削ロッドを介して削岩機から供給されてブローホール３から噴出する圧縮空気等により、掘削穴から排出される。

ここで、上記構成の掘削工具では、工具本体１の上記先端中央部に、先端側に凸となるバリスティックチップまたはボタンチップよりなるセンターチップ４が、その先端４Ａを工具中心線Ｏ上に位置させて植設されており、このセンターチップ４の先端４Ａは他のゲージチップ５の先端となる上記平坦面５Ａよりも工具中心線Ｏ方向先端側に位置しているので、工具本体１はセンターチップ４の先端４Ａから岩盤に食い付いて、工具中心線Ｏ回りに回転させられる。

また、後続するゲージチップ５は、その先端部が工具中心線Ｏに垂直な方向からみて凸Ｖ字状に形成されていて岩盤に鋭く食い付き、ただしこの凸Ｖ字の先端稜線部は平坦面５Ａによって面取りされて鋭くなりすぎることがないようにされているので、工具本体１を確実に工具中心線Ｏ回りに回転させながら掘削を行うことができる。このため、掘削時に過大な反力を受けても穴曲がりを生じさせずに真直性の高い掘削穴を形成することができるとともに、掘削穴の断面を真円に近い形状とすることができる。

さらに、このゲージチップ５は、ボタンチップの先端部を上述のように凸Ｖ字状に切り欠いた上で平坦面５Ａを形成したものであるので、ハウスチップのように径方向に短冊状に延びるものと比べて岩盤との接触面積は小さく、掘削時の岩盤からの反発力を小さく抑えることができる。このため、手掘り作業で作業者が削岩機を直接保持して掘削を行う場合でも、適正な垂直を工具本体１に与えることができ、空打ちを防いで掘削工具や作業者への負担を軽減することができる。

さらにまた、先端４Ａが工具中心線Ｏ上に位置するセンターチップ４が先端部外周に位置するゲージチップ５よりも先端側に突出しているので、掘削穴は、その中央部がセンターチップ４によって掘削されて外周部が脆くなったところをゲージチップ５により掘削されることになる。従って、上述のように適正な推力が与えられることとも相俟って、掘削速度を高めることができ、手掘り作業でも効率的な掘削を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、ゲージチップ５の平坦面５Ａの幅Ｘが１．５ｍｍ以上とされており、より確実に掘削穴の断面を真円に近づけることができる。すなわち、平坦面５Ａの幅Ｘが１．５ｍｍを下回ると、ゲージチップ５の先端部の凸Ｖ字が鋭くなりすぎ、複数のゲージチップ５のうちいずれか一つのゲージチップ５を中心に工具本体１が回転しやすくなり、掘削穴の断面が多角形状となってしまうおそれがある。ただし、逆にこの平坦面５Ａの幅Ｘが大きすぎると、ゲージチップ５と岩盤との接触面積が大きくなって反発力も大きくなり、手掘り作業において適正な推力を与えられずに掘削速度の低下を招いてしまうおそれがあるので、より確実に岩盤からの反発力を抑えるには、平坦面５Ａの幅は、本実施形態のように２．０ｍｍ以下とされるのが望ましい。

さらに、本実施形態では、ゲージチップ５の平坦面５Ａに対するセンターチップ４の先端４Ａの突出量Ｙが１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内とされており、これによっても掘削穴の断面を真円に近づけながら、掘削速度の低下を防ぐことができる。すなわち、突出量Ｙが１．５ｍｍより小さかったり、平坦面５Ａよりもセンターチップ４が工具中心線Ｏ方向後方側に凹んでいて突出量Ｙが負の値であったりすると、複数のゲージチップ５の一つを中心に工具本体１が回転し易くなって断面多角形状の掘削穴が形成されるおそれがあり、逆に突出量Ｙが２．５ｍｍを上回るほど大きいと、センターチップ４と岩盤との接触面積が大きくなって岩盤からの反発力も大きくなり、掘削速度を高めることができなくなるおそれがある。

以下、上記実施形態における平坦面５Ａの幅Ｘとセンターチップ４の突出量Ｙとについて、実施例を挙げて説明する。本実施例では、上記実施形態に基づいて、平坦面５Ａの幅Ｘと、平坦面５Ａからセンターチップ４の先端４Ａの工具中心線Ｏ方向の突出量Ｙとを種々に変化させた５種の掘削工具を製造した。これらを実施例１〜５とする。なお、センターチップ４の直径は７ｍｍ、ゲージチップ５の直径は８ｍｍ、工具中心線Ｏに垂直な方向から見たゲージチップ５先端部の凸Ｖ字がなす角度は３０°、平坦面５Ａの工具中心線Ｏに対する径方向の長さＺはいずれも６ｍｍであり、さらに工具外径（ゲージチップ５の外周部を切り欠く工具中心線Ｏを中心とした円筒面の直径）は３０ｍｍであった。

また、比較のために、特許文献２に記載されたものと同じく、工具本体先端部にハウスチップを植設した掘削工具と、センターチップ４の先端４Ａがゲージチップ５の平坦面５Ａよりも工具中心線Ｏ方向後端側に位置していて突出量Ｙが負の値となったり、平坦面５Ａの幅Ｘが１．５ｍｍ未満であったりする以外は上記実施形態に基づく掘削工具４種と、ゲージチップがすべて先端部を凸Ｖ字に切り欠かないバリスティックチップとされている以外は上記実施形態に基づく掘削工具とを製造した。これらを順に比較例１〜６とする。なお、比較例１ではそのハウスチップの先端部における凸Ｖ字の稜線部にも平坦面を形成し、この平坦面の径方向の長さは１２ｍｍであった。また、比較例２−５の平坦面の径方向の長さＺは、実施例１〜５と同じく６ｍｍとした。さらに工具外径はいずれも実施例１〜５と同じく３０ｍｍである。

そして、これら実施例１〜５と比較例１〜６とで、同一の条件で厚さ７５０ｍｍの石材（花崗岩）を貫通させる掘削試験を１種の掘削工具で５回行い、そのときの掘削速度、掘削穴の断面形状、穴曲がり量を測定した。この結果を平坦面５Ａの幅Ｘ、突出量Ｙとともに表１に示す。なお、この掘削試験において、削岩機はサンドビックトーヨー株式会社製ＴＯＹＯＴＹ−１６、掘削ロッドはＪＩＳＭ３９０３に規定される先端角度６°のテーパロッドＨＥＸ１９であり、掘削条件は打撃回数２１５０ｂｐｍ、回転数１８０ｒｐｍ、空気消費量２．３ｍ^３／ｍｉｎであって、掘削工具を下向きにして工具中心線Ｏが鉛直方向となるように削岩機を上下動自在に支持し、削岩機に４０ｋｇの重りを付けて手掘り作業による推力を付加した。また、穴曲がり量は、こうして削岩機を支持して５回の掘削を行ったときの、石材の貫通側における工具中心線Ｏの延長線の位置と、実際に貫通した掘削穴とのずれ量の最小、最大値であり、掘削速度は５回の掘削試験の平均値である。

この表１の結果より、ハウスチップを植設した比較例１やセンターチップ４がゲージチップ５の平坦面５Ａよりも工具中心線Ｏ方向後端側に位置していたり、平坦面５Ａの幅Ｘが１．５ｍｍ未満であったりする比較例２〜５では、穴曲がり量は実施例１〜５と同程度であって真直性は高かったものの、掘削速度が比較的低く、また掘削穴の穴形状も真円よりは５角形の多角形状となって品位に欠けるものであった。一方、センターチップとゲージチップもすべてバリスティックチップとした比較例６では、掘削速度は高くて穴形状も真円に近いものであったが、穴曲がり量が大きくなる傾向にあって真直性は低かった。

これらの比較例１〜６に対して、本発明に係る実施例１〜５では、穴形状は比較例１〜５と比べて比較例６と同様に真円に近く、穴曲がり量は比較例６と比べて比較例１〜５と同様に小さく抑えられている。その一方で、掘削速度は、比較例６以上のものはなかったが、比較例１〜５と比べては高く、特に平坦面５Ａの幅Ｘが２．０ｍｍ以下の範囲内の実施例１〜３では比較例６に近い掘削速度が得られている。なお、実施例５も平坦面５Ａの幅Ｘは２．０ｍｍ以下の範囲内であるが、センターチップ４の突出量Ｙが１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲を越えた３．５ｍｍであったため、岩盤との接触面積が大きくなって実施例１〜３に比べ掘削速度が低下している。

１工具本体
２繰り粉排出溝
３ブローホール
４センターチップ
４Ａセンターチップ４の先端
５ゲージチップ
５Ａゲージチップ５の平坦面
Ｏ工具中心線
Ｘ平坦面５Ａの幅
Ｙ平坦面５Ａに対するセンターチップ４の先端４Ａの突出量
Ｚ平坦面５Ａの長さ

Claims

工具本体先端部の工具中心線上にバリスティックチップまたはボタンチップよりなるセンターチップが植設されるとともに、上記工具本体の先端部外周にはゲージチップが植設されており、このゲージチップの先端部は、ボタンチップの先端部を上記工具中心線に垂直な方向から見て凸Ｖ字状に切り欠くとともに、この凸Ｖ字の稜線部に、上記工具中心線に垂直に延びる幅が１．５ｍｍ以上の平坦面を形成した形状とされ、この平坦面に対して上記センターチップの先端が上記工具中心線方向先端側に突出していることを特徴とする掘削工具。
上記平坦面の幅が２．０ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
上記平坦面に対する上記センターチップの先端の突出量が１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削工具。