(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビット本体２に備えられた掘削チップ５の刃先摩耗を超音波センサ−を利用して測定できるようにした摩耗検知可能な掘削ビットであって、前記超音波センサ−は、横波超音波プロ−ブ６が備えられ、この横波超音波プロ−ブ６は、前記掘削チップ５の刃先部分に対する他端部側では、接触媒体を介してる屈折機能材からなるくさび状部材７が備えられるように、ビット本体２内に組込まれるとともに、外部の計測器１５に接続するためのケ−ブル１２が備えられていることを特徴とする超音波センサ−付き掘削ビット。
【請求項２】
請求項１に記載されたくさび状部材７は、耐熱性樹脂から構成されている請求項１記載の超音波センサ−付き掘削ビット。
【請求項３】
ビット本体内に組込まれた横波超音波プロ−ブ６及びこの横波超音波プロ−ブ６に備えられたケ−ブル１２に接続された計測器１５からなる掘削ビットの刃先摩耗検出装置であって、
前記横波超音波プロ−ブ６は、掘削チップ５の刃先部分に対する他端部側で接触する屈折機能を有するくさび状部材７を介して、照射された横波超音波が掘削チップの先端部から反射して帰還するように、入射角度が設定されており、
前記計測器１５は、ケ−ブル１２及びコネクタ１４を介して超音波プロ−ブ６に接続され、掘削チップ５の先端部から反射して帰還したエコ−間隔を精密に時間計測して、刃先摩耗量として検出することを特徴とする超音波センサ−付き掘削ビットの刃先摩耗量検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載された超音波は、横波の超音波で、周波数が０．５〜１０ＭＨｚ望ましくは１〜５ＭＨｚである請求項１記載の超音波センサー付き掘削ビットの刃先摩耗量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、摩耗検知可能な掘削ビット及び刃先摩耗検出装置に関し、特に、掘削チップの刃先摩耗量がリアルタイムで、しかも精度よく測定できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削ビットにおける刃先摩耗の検出は、例えば、ビット本体内に埋め込まれた絶縁電線の絶縁状況を確認するようにした実公平２−２３６７４号公報に開示された方法、ビット本体内の密閉空間内に特定ガスを封入し、摩耗状況によるガス減少からの電気抵抗変化を検出するようにした特開昭５９−２１０１８７号公報に開示された方法、ビット本体の摩耗限界点までの装填穴内に設けられた導線の電流値の変化を検出するようにした実開昭６２−１９０７８７号公報に開示された方法、超音波による検出法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波以外の検出方法は、感知精度が悪く、そのため信頼性に欠けるとともに、安全性や取扱いの点でも問題点があった。
【０００４】
また、従来の超音波による検出方法は、機器寸法上の制約から、摩耗量の最大箇所に照射できず、また、市販の縦波超音波を用いた板厚計で代替していたことから、反射面で縦波−横波変換による不必要なエコ−の出現による誤読や、周波数が温度上昇に伴って減衰しやすいものに限定されているなどの問題点があった。さらに、精密計測の観点からは、効果をほとんど挙げていないという問題点もあった。
【０００５】
このようなことから、本発明では、超音波による屈折モ−ド変換方式を採用し、刃先摩耗部分に横波超音波が直接照射できるように改善したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、摩耗量の検出可能な超音波センサー付き掘削ビットは、掘削チップの他端部に接触するくさび状部材を介して横波超音波プロ−ブが設けられたものであり、この横波超音波プロ−ブは、入射した横波超音波が刃先先端から反射してくるように設定されているものである。この場合、くさび状部材は、屈折機能を有する耐熱性樹脂で構成されることが好ましい。また、刃先摩耗の検出装置は、横波超音波プロ−ブの刃先部分から帰還した超音波エコ−を精密に時間計測する計測器が備えられるように構成したものである。この場合、超音波は、横波の超音波で、周波数が０．５〜１０ＭＨｚ望ましくは１〜５ＭＨｚが好適する。
【０００７】
【作用】
本発明の超音波センサ−付きの掘削ビット及び刃先摩耗量検出装置は、掘削チップには、屈折機能を有するくさび状部材を介して超音波プロ−ブから横波超音波が照射され、入射されるものである。したがって、照射された超音波は、掘削チップの刃先部分から反射して帰還することになり、この帰還エコ−が外部に接続された計測器によって、精密に時間計測される。この結果、刃先部分の摩耗量の変化がリアルタイムで、しかも精度よく検知できる。これは、入射角が縦波の屈折臨界角以上にとってあるため、ビット本体内での縦波の入射角はありえず、従って掘削チップの摩耗各所における反射時の縦波−横波モ−ド変換が起り得ず、誤読の懸念が全くない。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明超音波センサ−付き掘削ビット及び刃先摩耗検出装置の一実施例について、図を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は、刃先摩耗を検知できる超音波センサ−付き掘削ビットを概念的に示した断面図であり、棒状をなす掘削ビット１のビット本体２が掘削機（図示せず）のカッタ面板３に図示しないボルトなどによって取付けられるようになっている。そして、掘削ビット１の一端に設けられた切欠段部４内では、超硬合金からなる掘削チップ５がろう付けされ、この掘削チップ５の刃先摩耗量が横波超音波の反射によって、リアルタイムに測定される。
【００１０】
また、この掘削ビット１は、前記掘削チップ５の刃先部分に対する他端側には、横波超音波プロ−ブ６及び超音波屈折機能を有するくさび状部材７が組込まれている。要約すれば、前記切欠段部４の底面の奥側には、受入れ穴８が設けられ、この受入れ穴８の掘削チップ５側には、前記くさび状部材７及び横波超音波プロ−ブ６が位置するようになっている。この場合、くさび状部材７は、〜３００℃の耐熱性があり、１，０００〜１，５００ｍ／ｓである耐熱性樹脂例えばポリマ−が最適である。くさび角は、掘削チップ５の形状によって種々変えなければならない。その際、掘削チップ５の音速及びくさび状部材７の音速により、スネルの法則から入射角が計算される。
【００１１】
前記横波超音波プロ−ブ６は、取付けピン９の上部にあって、前記くさび状部材７を介して掘削チップ５と接触する。この取付けピン９は、受入れ穴８の下部にあるねじ穴部分１０に外周ねじ部分１１がねじ込まれることにより固定される。
【００１２】
なお、掘削チップ５及びくさび状部材７の間には、横波超音波の伝播を円滑にするため、耐熱性のある接触媒体例えば、ギリセリン系の粘性流動体、あるいは蜂蜜などを介在させるとよい。また、横波超音波プロ−ブ６は、くさび状部材７に対する超音波の指向性を配慮すれば、くさび状部材７の形状に合わせた例えば四角形の鍔付き形状が好ましい。
【００１３】
しかして、掘削ビット１内に組込まれた横波超音波プロ−ブ６は、掘削チップ５の刃先部分に向って０．５〜１０ＭＨｚ望ましくは１〜５ＭＨｚの横波超音波を照射する。これは、０．５ＭＨｚよりも低いとエコ−ピ−クが拡がることから測定精度が低下し、１０ＭＨｚよりも大きいと減衰が大きくなって、エコ−ピ−クが消失する可能性を配慮したものである。したがって、横波超音波プロ−ブ６から照射された超音波は、矢印で示されているように、前記くさび状部材７の存在により屈折して刃先部分に照射され、刃先部分から反射して帰還する。この場合、帰還したエコ−に対しては、横波超音波プロ−ブ６に備えられたケ−ブル１２がケ−ブル穴１３内に導かれ、コネクタ１４を介して掘削機外に配置された計測器１５に接続される。
【００１４】
したがって、本発明の掘削ビットの刃先摩耗検出装置は、前記計測器１３及び感知センサ−としての役割をなす耐熱性のあるくさび状部材７を備えた前記横波超音波プロ−ブ６によって構成される。この結果、前記計測器１５は、掘削チップ５の刃先摩耗量として、発信から受信までのエコ−の到達時間を計測することになる。
【００１５】
図２は、ビットの摩耗量とエコ−時間の相関関係を明らかにするため、縦軸には、刃先先端までの距離（ｍｍ）をとり、横軸には、パルスエコ−間隔の時間幅をとったものである。この結果、摩耗量Ｏの場合から、約１４ｍｍ摩耗した場合では、時間幅が短くなり、摩耗量として検出できる。
【００１６】
図３は、掘削ビット１の他の実施例を概念的に示したもので、ビット本体２には、２つの掘削チップ５が備えられ、両頭形式になっているものである。これに伴って、横波超音波プロ−ブ６及びくさび状部材７は、ビット本体２内で２組配置されている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、超音波センサ−付き掘削ビット１は、ビット本体２内では、掘削チップ５に接触するように、くさび状部材７及び横波超音波プロ−ブ６が組込まれるように構成されているものである。したがって、超音波が刃先摩耗部分に直接照射されることから、精度よく摩耗量を検出できる。
【００１８】
また、掘削ビットの刃先摩耗検出装置は、外部に配置された計測器１５で超音波の発信から受信までのエコ−を精密に時間計測できるものである。したがって、掘削ビット１の刃先摩耗量が超音波エコ−の精密時間計測でリアルタイムの測定ができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明超音波センサ−付き掘削ビット及び刃先摩耗量検出装置における一実施例を示す概念面、
【図２】刃先摩耗に対するエコ−時間の関係を示した説明図、
【図３】本発明超音波センサ−付き掘削ビットの他の実施例を示す概念図。
【符号の説明】
１    掘削ビット
２    ビット本体
５    掘削チップ
６    超音波プロ−ブ
７    くさび状部材
１２  ケ−ブル
１５  計測器
【図１】
0003607374.tif 000002
【図２】
0003607374.tif 000003
【図３】
0003607374.tif 000004