JPS5858517B2 - ウイングビツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はウィングビットに関し、特に、地下連続壁掘削
工法あるいは大ロ径打杭掘削工法の如き岩盤掘削に好適
なウィングビットに関する。

例えば、地下連続壁掘削工法においては多軸（例えば５
軸）ウィングビットが使用され、そのウィングビットの
刃先は従来超硬合金チップを植付けて構成され、該超硬
合金チップの硬度および性により複雑な地層の掘削が行
なわれている。

しかしながら、地下連続壁掘削機にあっては、該機械の
自重によってビット給圧（ビットの掘削面に作用する掘
進方向のスラスト荷重）を作用させて前層掘削を行なう
構造であり、掘削面に植付けられたチップの個数と摩耗
幅との関係により、多軸ウィングビットの一軸あたりの
圧縮強度が５００に４／ｃｒｔｒの岩質についてはチッ
プの摩耗幅が１胴程度になるとその摩耗面が拡大して切
れ味が悪（なり総荷重をかげても掘削し難い状態となり
、従来の超硬合金チップを使用したウィングビットでは
中硬質掘削用ビットとしての機能をはたさなくなり、耐
摩耗性に劣り掘削効率が悪いという欠点がある。

本発明は、ウィングビットの刃先の摩耗が少なく、かつ
摩耗によっても切れ味が変化せずビット給圧を余り増加
させる必要がなく、さらに、耐衝撃性にすぐれた掘削面
を有する中硬岩質〜硬岩質の岩盤を効率よく掘削し得る
ウィングビットを提供するものである。

従来の地層掘削用刃先材料としては、暁天鋼材、超硬合
金、あるいはダイヤセンド等が多用されそれぞれ長所、
短所を有しており適宜使い分げされている。

しかるに、地下連続壁掘削工法や大ロ径打杭掘削工法の
ような掘削機械の自重によってビット給圧をかげて岩盤
掘削をする工法においては、ビット刃先にかかる衝撃や
掘削抵抗等のため、従来のサーフェイス粒セット型やイ
ンプリグネーテツド型等のダイヤモンド粒子をうめ込ん
だ構造のウィングビットではなかなか実用化できるもの
がなかった。

すなわち、ダイヤモンドは衝撃に弱いため前述のような
回転による周速度がかなり高い掘削方法には使用するこ
とは極めて困難であった。

本発明は、このような従来技術の欠点を解消し、超硬合
金表面層に多結晶ダイヤモンドあるいは窒化ボロン等の
端面刃を形成した円筒状チップを用いるとともに、その
植付は角度（すくい角）に内径から外径に向って徐々に
太き（なる連続的な角度増加（すくい角の増加）を与え
ることにより、高能率でしかも硬岩掘削にも適したウィ
ングビットを提供することを目的とする。

すなわち、本発明によれば、回転軸に対し略半径方向に
延在する複数個の羽根を固定し、各羽根に対し掘削面に
複数個のチップを全断面掘削になるように固定し、各チ
ップを端面が刃になっている円筒状チップで構成し、各
チップのすくい角を外周に近いほど大きく選定したこと
を特徴とするウィングビットが提供される。

本発明のこのような構成によれば、従来の超硬合金製の
チップを有するウィングビットでは摩耗が犬で軟岩に対
してしか使用できず、各ビット給圧の制限があったもの
を、これを改良して耐摩耗性が犬でかつビット給圧髪高
くしなくても（摩耗が少なく、あるいは摩耗が生じても
セルフシャープニング効果により切れ味が低下しないの
でビット給圧を高くする必要がない）中硬岩や硬岩の掘
削を効率よく行ない得るウィングビットが提供される。

裏た、前述の如く各チップにすくい角を設けるとともに
接線速度が大きい外周に近い程このすくい角を大きくす
ることにより耐衝撃性を向上させることができ、ダイヤ
モンドあるいは窒化ボロン等の刃を使用することと相ま
って一層効率よい硬岩掘削を達成することができる。

この場合前記チップのすくい角としては約１５度〜約３
０晩の範囲が適当である。

さらに、前記羽根の掘削面が半径方向上方上向きに傾斜
し、外周に近い程その傾斜度が大きくなるような構造に
することにより、接線速度の大きい外周部程チップを密
度高い状態で植付けることができ、全体として、バラン
スのとれた切れ味を右するウィングビットを提供するこ
とができる。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図において、本発明のウィングビット
の実施例にあっては、回転軸１に対し、略半径方向に延
在する複数個（図示の例では４個）の羽根部材２が固定
されている。

回転軸１および羽根部材２はそれぞれ鋼で作られ互いに
溶接等により固定される。

各羽根部材２に対しては、それぞれツース３がボルト４
により着脱自在に固定されている。

各ツース３の掘削面５には半径方向に沿って複数個のチ
ップ６が植付げられている。

前記羽根部材２および前記ツース３によってウィングビ
ットの羽根が構成されるわけであるが、各ツール３に植
付げられるチップ６の配列は、ウィングビットが回転す
る場合全体としてビットの全断面において岩盤等を掘削
するように配列されている。

すなわち、ビットの回転に際し、ある半径部分に掘削残
りが生じないよう中心部から外周部にかげていずれの半
径部分においても、少なくとも１個のチップ６が切削を
行なうように配列されている。

第１図〜第３図（特に第３図参照）に示す如く各チップ
６は全体として円筒形状を有し、円筒形の基材７の端面
に刃（切削刃）８を銀ロー付は等により接合して構成さ
れている。

通常の場合、前記基材Ｉは例えばｗｃ−Ｃｏ系超硬合金
焼結体で作られ、前記刃はダイヤモンドあるいは窒化ボ
ロン等をバインダーで焼結して作られている。

しかして、第３図に示す如く、各チップの前記ツース３
に対する植込み固定は所定のすくい角θをもって行なわ
れている。

このすくい角θの値は例えば１５度〜３０度くらいの範
囲が適当であり、羽根（ツース３）の外周に近い位置に
植込まれるもの程そのすくい角を大きく選定されている
。

このすくい角は掘削時の耐衝撃性を向上させるためのも
のであり、接線速度が大きい外周部分権そのすくい角θ
を大きくして衝撃荷重を充分に緩衝し得るようになって
いる。

また、第２図に示す如く、羽根（ツース３）の掘削面５
は半径方向外方上向きに傾斜しており、図示の例では、
内周に近い部分では角度α−約３０度の傾斜をもってお
り、外周に近い部分では角度β＝約４５度Ω傾斜がつげ
られている。

この切削面５に傾斜を設ける理由は、切削方向横断面に
対しチップ６を高い密度で配タル充分なる全断面掘削を
実現するためのものである。

切削条件等によりさほど高い密度でチップを配列する必
要がない場合には傾斜を設けないことも可能である。

また、外周部程掘削面５の傾斜度を大きくする理由は、
外周部程掘削時の接線速度が大きいため内周部より、よ
り高い密度でチップ６を配列して全体としてバランスの
よい切れ味を達成し得るようにするためである。

なお、図示の例では切断面５に傾斜度αと傾斜度βの２
段傾斜が設けられているが、これは連続的に傾斜度を変
化させて外周部程上向き傾斜度を大きくするように無段
階的に傾斜を設けることも可能である。

図示の実施例では、羽根を羽根部材２とツース３とによ
り構成し、ツースをボルト４により着脱可能（交換可能
）に固定したので、掘削によりチップ６が摩耗した場合
にはこのツース３０部分のみを交換することにより掘削
作業を続けることができるので、掘削作業能率を向上さ
せることができる。

羽根の外周ゲージ面、すなわち図示の例ではツース３の
外周面にはダイヤモンド粒子１０が植付げられている。

このダイヤモンド粒子１０の植付げは例えば超硬合金の
焼結体中にダイヤモンド粒子を埋設することによって行
なうことができる。

このように、外周ゲージ面にダイヤモンド゛粒子を植付
けることにより、ゲージ面すなわち掘削孔の内径を形成
する部分の耐摩耗性を増加することができる。

以上説明した実施例によれば、次のような効果が達成で
きる。

切削刃を構成する各チップとして端面にダイヤモンド等
が固定された円筒状チップを使用したので、摩耗した場
合でも常にエツジが残りいわゆるセルフシャープニング
効果が得られるので、長時間掘削によってもその切れ味
が変化しないという効果が得られる。

また、円筒状のチップを使用したので、従来の三角山型
形状の刃先あるいは突状半円径の刃先を有する従来のチ
ップに較べて、刃先の摩耗を軽減することができる。

また、各チップにすくい角を設けるとともにそのすくい
角を外周に近い程大きく選定したので、特に硬質の岩盤
を所定スピードで掘削する場合の衝撃荷重に対し充分な
強度を有するウィングビットが得られる。

すなわち、所定のすくい角を設けることにより刃先部に
かかる衝撃荷重を緩衝することができる。

また、各羽根の下面に形成される掘削面５に半径方向外
方上向き傾斜を設けるとともに、外周に近い程その傾斜
度を大きくしたので、掘削刃を構成するチップ６を掘削
時の接線速度に見合って自由に高い密度で配列すること
ができ、このため硬質岩盤に対しても効率のよい掘削を
行なうことができ、大幅な掘削性能の向上を達成するこ
とができる。

さらに、チップ６を植付げたツース３を着脱可能に固定
したので、チップ摩耗時の交換を能率よく行なうことが
できる。

さらにまた、羽根の外周部（ツース３の外周部）のゲー
ジ面にダイヤモンド粒子を植付けたのでゲージ面の耐摩
耗性を向上させることができ、これによって掘削孔の精
度向上並びに掘削性能の向上を達成することもできる。

従来、焼入れ鋼歯タイプのビットは実用上耐摩耗性に乏
しく、また超硬合金チップを植付けたタイプの従来多用
されていたウィングビットでは、超硬チップの摩耗とビ
ット荷重との関係において掘削可能な岩質に制限があっ
た。

しかし、前述の本発明によるウィングビットの実施例に
よれば、実際に安山岩（硬度Ｈｓ ７５ ＋−軸圧縮強
変８００〜／、ｄ）の掘削試験を行なった所、従来の超
硬合金ウィングビットでは掘削不可能であった岩質をも
掘削することが可能であり、５０ ｒ ｐｍでビットあ
たり自重１．０〜２．５ｔｏｎで多結晶ダイヤ層付きの
超硬合金チップを３２個植付けたウィングビットを用い
て掘削した所４〜１３／？７７２／ｒｒＲの掘削が可能
であった。

すなわち、従来技術では得られなかった高い掘削性能が
得られた。

また、ビット寸法で直径４００胴のもので掘削した場合
、外周ゲージ面に１７３０カラツトのダイヤモンドの焼
結ピースを植付げることによりゲージを確保することが
でき、かつ外周ゲージ面の摩耗を低減させることができ
た。

さらに、前述の実施例の如（掘削面の外周側と内周側の
ビットの半径方向外方上向き角度として、外周側を４５
度として刃（チップ）の植付げ密度を高くするとともに
、内周側を約３０度とすることにより各ビット刃（チッ
プ）に対する衝撃荷重を均一化するとともに、これを低
減しビット刃の補強を実施することができた。

以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、硬質岩
盤に対してもすぐれた掘削性能と耐久性とを示し得るウ
ィングビットが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウィングビットの一実施例の底面図、
第２図は第１図中の線■−■に沿って見た一部断面矢視
図、第３図は第２図中の線■−■に沿った部分断面図で
ある。 １・・・・・・回転軸、２・・・・・・羽根部材、３・
・・・・・ツース、５・・・・・・切削面、６・・・・
・・チップ、Ｔ・・・・・・基材、８・・・・・・チッ
プの刃、９・・・・・・外周ゲージ面、１０・・・・・
・ダイヤモンド粒子、θ・・・・・・すくい角、α、β
・・・・・・掘削面の半径方向外方上向き角度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸に対し略半径方向に延在する複数個の羽根を
   固定し、各羽根に対し掘削面に複数個のチップを全断面
   掘削になるように固定し、各チップを端面が刃になって
   いる円筒状チップで構成し、各チップのすくい角を外周
   に近いほど大きく選定したことを特徴とするウィングビ
   ット。 ２ 前記チップのすくい角が約１５度〜約３０度の範囲
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のウ
   ィングビット。 ３ 前記羽根の掘削面が半径方向外方上向きに傾斜し、
   外周に近いほどその傾斜度が大きいことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のウィングビット
   。 ４ チップをツースに固定し、該ツースを羽根部材に対
   し着脱可能に固定して前記羽根を構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の
   ウィングビット。 ５ 前記羽根の外周ゲージ而にダイヤモンド゛粒子を植
   付けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれかに記載のウィングビット。 ６ 前記チップの刃が多結晶ダイヤモンドまたは窒化ボ
   ロンで構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第５項のいずれかに記載のウィングビット。