JPS60226992A

JPS60226992A - 掘削装置

Info

Publication number: JPS60226992A
Application number: JP8126984A
Authority: JP
Inventors: 矢代　知司
Original assignee: SEKIYU SAKUSEIKI SEISAKU KK
Current assignee: SEKIYU SAKUSEIKI SEISAKU KK
Priority date: 1984-04-23
Filing date: 1984-04-23
Publication date: 1985-11-12
Also published as: JPS6330478B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は岩石の掘削などに用いられる掘削装置の改良に
関するものである。

（従来技術）従来、岩石の掘削に用いられる掘削装置祉、第１図およ
び第２図に示すように、掘進方向に向けられた回転軸０
１　まわりＫ回転自在な本体１と、該本体の回転軸０．
に対し交差するように放射方向に延びる回転軸０２　ま
わシに回転自在な回転カッタ２とから構成されている。

回転カンタ２は全体として円錐形であシ１回転軸０２は
回転軸０．に直交する平面に対し傾斜して配置され１回
転カッタの円錐面上に配置された掘削素子３によシ、掘
削が行なわれる。回転カッタは複数個、普通は３細膜け
られ、その円錐形の先端部が本体１の回転軸０．の付近
に位置するように配置される。この複数個の回転カッタ
２による掘削作業において、本体ｌの回転軸０．の近傍
、すなわち掘削面の中央部に掘ル残しが生じるのを防止
するために、複数個の回転カッタ２のうちの１個には、
円錐形の先端に和尚する位置にスピアポイントと呼ばれ
る掘削素子３ａが配置される。

しかしながら、このスピアポイン）３ａは本体１０回転
軸０．の近傍に位置し、その回転速度が極めて小さいの
で、円錐面上に設けた掘削素子３に比べて掘削能力が低
い。このために、スピアポイント３ａの掘削能力によっ
てカッタビットの掘進速度が制限されることになシ、能
率の低下を招く。また、スピアポイント３ａを有するカ
ッタの負荷は他のカッタに比べて大きくなるので、掘削
装置に偏心運動を起し易い等の欠点があった。

（発明の目的）本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を解消すること
にあシ、スピアポイントを廃し、ビットを構成する全て
のカッタによシ掘削面中心部の掘削を行い得るようにな
し、各カッタの負荷を均一化すると共に掘進速度の向上
を図った掘削装置を提供することにある。

（発明の構成）本発明の掘削装置は、掘進方向に延びる第１回転軸まわ
シに回転自在な本体と、前記本体に設けられた脚部上に
おいて、前記第１回転軸に交差する面内にある第２回転
軸まわルに回転自在に支持された回転カッタとを有し、
前記第１回転軸まわ夛の前記本体の回転により、前記回
転カッタに前記第１回転軸まわりの公転と前記第２回転
軸まわ夛の自転を生じて前記回転カッタ上の掘削素子に
よシ掘削を行なうようになった掘削装置において、前記
第１回転軸付近の掘削面に半球状の掘シ残し部を生じる
ように帥記第１回転軸付近に切欠部を有し、前記切欠部
には前記半球状突出部し部の半球面軌跡内で運動する位
置に掘削素子が設けられたことを特徴とするものである
。

（発明の効果）本発明によれば、従来１個のカッタに分担させていた掘
削面中心部の掘削がビットを構成する複数のカッタ全て
に分担され、しかも掘削面中心部には半球状の突出部が
形成されるので、その破砕が容易に行なわれる。従って
、掘削抵抗の大きな掘削面中心部の掘削が効率良く行な
われ、掘進率の向上が達成される。

また、各カッタの掘削負荷が均一化されるので。

従来のようにスピアポイントを有するカッタの掘削負荷
が大きくそのためにスピアポイントを有スるカッタのベ
アリングの寿命が他のカッタに比べて短かくなってしま
うという欠点を解消できる。

更に、掘削面中央部に形成された半球状突出部がカッタ
ビットの回転中心に貫入した状態で掘削が進行するので
、カッタビットの掘進方向がとの半球状突出部によシ規
制されて大曲シの発生が抑制され、掘進効率を向上させ
る効果が得られる。

（実施例）以下に、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。

第５図および第４図は、本発明の一実施例に係る掘削装
置（以下カッタビットという）の側面および低面を示す
。図に示すように、掘進方向く向けられた回転軸０．ま
わシに回転自在な本体１１には、５本の脚部１３が懸垂
している。各脚部１３には、ジャーナル１５が一体成形
され、その軸心０２紘回転軸ｏ１に直交する平面に対し
て傾斜し、しかも回転軸０．上の一点Ｐで交差するよう
に方向付けられている。各ジャーナル１５にはベアリン
グ機構１７を介して回転カッタ１９が回転自在に取シ付
けられている。

回転カッタ１９は全体として円錐体形状をなし、その頂
部が切シ欠かれて切欠部２１が形成されている。このカ
ッタ１９の円錐面上には超硬合金テラｌから成る第１掘
削素子２３が、第４図に示すように環状に植設されてい
る。また、円錐面と切欠部２１の切欠面とが交差した縁
部には、同じく超硬合金チップから成る第２掘削索子２
５が１回転軸０２　に直交する平面上に位置するように
植設されていや。更に、この第２掘削素子２５に囲まれ
た切欠部２１の切欠面上には、同じく超硬合金チップか
ら成る第３掘削素子２７が、点Ｐを中心としこの点Ｐと
第２掘削素子２５までの距Ｍｒを半径とする球面上に位
置するように植設されてぃる。なお、掘削素子２３．２
５．２７の形状、個数は、掘削すべき岩石の硬度、含有
鉱物の組成やカッタ本体の寸法等によシ、決定されるも
のである。

次に、本体１１には、潤滑油補給機構および内外圧力バ
ランス機構が、符号２９で示す位置に配設されておシ、
所定圧力の潤滑油が油通路３１を通ってベアリング機構
１７に供給される。ジャーナル１５とカッタ１９との間
にはシールリング３３が挿着されておシ、供給された潤
滑油の漏れを防止すると共に、外部からの異物の侵入を
防止している。また、掘削時においては、ノズル３５か
ら循環流体が掘削面へ向けて噴射され、この噴出流体に
よってカッタ１９が冷却され、また掘シ〈ずが掘削面か
ら排除されて地表へ運搬される。

なお、掘削時にビット荷重によって発生する外力は、上
記ベアリング機構を介してカッタ１９から本体１１側へ
伝達される。すなわち、外力は回転軸０□　の掘進方向
に対する傾きに応じて、軸ｏ２方向のラジアル分力およ
びそれに直角な方向のスラスト分力に分解され、ラジア
ル分力は摺動面３７を介して伝達され、スラスト分力は
摺動面３９シよびゾールベアリング４１を介して伝達さ
れる。

次に、このように構成したカッタビットによる掘削動作
を、第５図乃至第７図を参照して説明する。本体１１を
回転軸０１　のまわりに回転させて。

ピット荷重をかけると、回転カッタ１９は軸０゜のまわ
シを公転すると共に、軸０□のまわシを自転して、その
円錐面上の第１掘削素子２３によシ岩盤５１の掘削が開
始される。しかるに、軸０１を中心とする半径「の範囲
内には掘シ残し部が形成されていく。

ことに、回転カッタの第２掘削素子２５の移動軌跡は１
点Ｐを中心に半径ｒの半球面上にある。

従って、掘削が進むにつれて、第５図に示すように、掘
削面中央部には第２掘削素子２５によシ半球状の突出部
が形成される。すなわち１例えば、第５図の■で示す点
に存する第２掘削素子２５の移動軌跡は矢印で示す曲線
となる。第６図および第７図にはこの軌跡が示されてい
る。図示のように掘削素子は回転カッタが軸０．のまゎ
シを回転するにつれて、符号■で示す位置から矢印の方
向へ移動していく。軸ｏ２　のまわシに回転カッタが１
回転すると第６図のような軌跡が描かれ、６回転すると
第７図のような軌跡が描かれる。

このようにして、第２掘削素子２５によシ、掘削面中央
部に半球状突出部が形成されると共に、その突出部の掘
削が同時に行なわれていく。また、カッタの切欠面上の
第３掘削素子２７社、第２掘削素子によシ形成される半
球面上を移動して、第２掘削素子と同時に半球状突出部
の形成および掘削を行う。

なお、上述した実施例においては、カッタ先端部の切欠
部２１の形状については、特に言及しなかったが、この
切欠部２１は半球状掘シ残し部を形成する第２および第
５掘削素子の増付部となるものである。従って、半球状
掘シ残し部、即ち第２、第３掘削素子の移動する半球面
に沿った彎曲面状とするの好適である。また、とのよう
にカッタを切夛欠けば、切欠量が最小で済み、カッタ肉
厚の減少を最小限に抑えることができる。

本発明者は、このように構成したカッタピントと従来汎
用されているカッタビットとに対して。

同一掘削条件下で性能比較試験を行なった。第８図はそ
の試験結果を示すものであシ、実線が本発明のカンタビ
ット、破線が従来型のカッタピッ←の性能曲線を示して
いる。この比較試験の具体的な数値を示すと、例えばビ
ット回転数４０　ｒｐｍ　。

ビット径２１，６３．硬岩用歯型、ピット荷重１６ｔ、
また循環流体清水量８００４３　／　ｍｉｎの条件下で
花こう岩を掘削した場合、従来型ビットの掘進率は３　
ｍ　／　ｈであったのに対し、本発明のビットでは４．
４ｍ／ｈであった。この結果から明らかなように、約５
割の掘進率の向上が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来型カッタビットの構成を概略
的に示すそれぞれ側面図および底面図、第３図は本発明
の一実施例のカッタビットを一部切欠いて示す側面図、
第４図は同じくその底面図、第５図は本発明の一実施例
のカッタピントによる掘削面の断面図、第６図および第
７図は第２掘削素子の軌跡を示す説明図、第８図は従来
型カッタビットと本発明のカッタビットとの掘削性能を
比較して示す特性四級図である。１１・・・本体、１３・・・脚部、１５・・・ジャーナ
ル、１７・・・ベアリング機構、１９・・・カッタ、２
１・・・切欠部、２３．２５．２７・・・掘削素子、５
１・・・掘削面、０１．０２・・・回転軸、Ｐ・・・交
点。第２図第６図　党７図

Claims

【特許請求の範囲】掘進方向に延びる第１回転軸まわ）に回転自在な本体と
、前記本体に設けられた脚部上において。前記第１回転軸に交差する面内にある第２回転軸まわシ
に回転自在に支持された回転カッタとを有し、前記第１
回転軸まわシの前記本体の回転にょシ、前記回転カッタ
に前記第１回転軸まゎシの公転と前記第２−転軸まわシ
の自転を生じて前記回転カッタ上の掘削素子にょシ掘削
を行なうようになった掘削装置において、前記第１回転
軸付近の掘削面に半球状の掘シ残し部を生じるように前
記第１回転軸付近に切欠部を有し、前記切欠部には前記
半球状掘シ残し部の半球面軌跡内で運動する位置に掘削
素子が設けられたことを特徴とする掘削装置。