(57)【要約】【課題】硬い地層でもスムーズに掘削することができ、軟質の地層においても掘削穴の壁面が崩れることなく掘削でき、更に硬質チップを用いても寿命を長く保持することができるボーリング用ビットの提供を課題とする。【解決手段】ボーリング用ロット２の先端部に取り付けられて掘削を行うボーリング用ビット１であって、ビット本体１０と該ビット本体１０に取り付けられた複数の超硬合金チップ２０とからなり、前記ビット本体１０は先端側から基端側に向けてテーパＴを構成してなるコーン形状とし、前記超硬合金チップ２０は、多角柱状に形成すると共に、その先端部だけが前記ビット本体１０の側周面から突出するように植設して、分散させてある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリング用ロットの先端部に取り付けられて掘削を行うボーリング用ビットであって、ビット本体と該ビット本体に取り付けられた複数の超硬合金チップとからなり、
前記ビット本体は先端側から基端側に向けてテーパを構成してなるコーン形状とし、
前記超硬合金チップは、多角柱状に形成すると共に、その先端部だけが前記ビット本体の側周面から突出するように植設して、分散させてあることを特徴とするボーリング用ビット。
【請求項２】
コーン形状のビット本体は、その先端を円錐台形状の端面として構成すると共に、その先端面の外周に沿って、複数の超硬合金チップを、該チップの先端部が前記先端面の上方及び側方に突出するようにして、植設してあることを特徴とする請求項１に記載のボーリング用ビット。
【請求項３】
ボーリング液の流出口をビット本体の先端面の中心部に開口させると共に、側周面の周りに均等の間隔で且つ所定の傾斜角度で斜前方に向けて開口させていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボーリング用ビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボーリング用ビットに関し、詳しくは地面に穴を掘るボーリング装置において、先端に取り付けられて掘削を行うビット、即ちボーリング用ビットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地面に穴を掘るボーリングは、例えば井戸を掘る等の他、種々の目的で行われる。ボーリングは、一般的には、地上に設置した回転駆動源によってパイプ状のボーリング用ロットを回転させ、ボーリング用ロットの先端に取り付けた硬質のビットで掘削しながら深く掘り進んで行く。この際、掘削がスムーズに進むこと、穴が容易に崩れたりしないこと、ビットの使用寿命が長いこと等が求められる。
特開平６−２５７３６７号公報（特許文献１）には、ボーリングビットの本体（１）に、ボーリング液を旋回状態にして送り出す渦巻き室（３）を設け、またボーリングビットの本体（１）の先端に岩石を破壊するロール部材（２）を設けたボーリングビットが開示されている。
特開２０００−２７５７８号公報（特許文献２）には、超硬合金チップ（１７）を先端部及び側面部に植設したビット（１５）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５７３６７号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示のボーリングビットは、ロール部材（２）の形状並びに取付け構造からして、壊れ易く、その耐久性や至寿命に問題があり、取り替え頻度が多くなるという問題がある。またビットの先端に行くほどその回転半径が大きくなることから、砂層や砂利層、粘土層等の軟質層においては、掘削された穴の壁面が強化され難く、掘削された穴が崩れ易いという問題がある。
上記特許文献２に開示のビット（１５）は、ボーリング液を用いるボーリングに使用されることを前提するものではなく、またビット（１５）表面から突出する超硬合金チップ（１７）の突出面積及び突出高さがかなり大きく構成されていることから、一般的に割れ易い超硬合金チップが一層容易に破損し易く、寿命が決して長くないという問題がある。またビット（１５）の先端部にある超硬合金チップ（１７）は、長手方向の全長にわたって連続的に設けられているため、掘削の際、噛み込みが悪いという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は上記従来技術の問題を解消し、硬い地層でもスムーズに掘削することができ、軟質の地層においても掘削穴の壁面が崩れることなく掘削でき、更に硬質チップを用いても寿命を長く保持することができるボーリング用ビットの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するため本発明のボーリング用ビットは、ボーリング用ロットの先端部に取り付けられて掘削を行うボーリング用ビットであって、ビット本体と該ビット本体に取り付けられた複数の超硬合金チップとからなり、
前記ビット本体は先端側から基端側に向けてテーパを構成してなるコーン形状とし、
前記超硬合金チップは、多角柱状に形成すると共に、その先端部だけが前記ビット本体の側周面から突出するように稙設して、分散させてあることを第１の特徴としている。
また本発明のボーリング用ビットは、上記第１の特徴に加えて、コーン状のビット本体は、その先端を円錐台形状の端面として構成すると共に、その先端面の外周に沿って、複数の超硬合金チップを、該チップの先端部が前記先端面の上方及び側方に突出するようにして、稙設してあることを第２の特徴としている。
また本発明のボーリング用ビットは、上記第１又は第２の特徴に加えて、ボーリング液の流出口をビット本体の先端面の中心部に開口させると共に、側周面の周りに均等の間隔で且つ所定の傾斜角度で斜前方に向けて開口させていることを第３の特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載のボーリング用ビットによれば、ビット本体は、基端側から先端側に向けてテーパを構成したコーン形状としてあるので、岩盤や転石層等の硬い地層においても、該地層を、楔のようなビットの回転により、スムーズに掘削していくことができる。
またビット本体は、基端側から先端側に向けてテーパを構成したコーン形状としてあるので、先端から徐々に拡大するように削り取られてゆく孔の孔壁に対して、ビットの転圧を効果的に加えることができる。よって粘土層や砂層、砂利層等の難弱な地層の掘削においても、孔内の崩落を効果的に防止して、掘削を効率よく進めてゆくことができる。
加えて、超硬合金チップは、多角柱状に形成すると共に、その先端部だけが前記ビット本体の側周面から突出するように稙設して、分散させてあるので、ビット本体の側周のテーパ側周面に分散された超硬合金チップによって、その先端側から徐々に削径を拡大させるようにすることにより、個々の超硬合金チップに加わる掘削負荷を小さくすることができ、掘削を良好に行えると共に、チップの寿命を長くすることができる。
しかもテーパ側周面に設けた超硬合金チップによって、周囲を削りながら転圧を加えることができる。よって孔内の崩落を一層確実に防止することができる。例えば砂利層では、その砂利を削りながら転圧も加えるので、抜け落ち易い砂利の落下をうまく防止することができる。
また超硬合金チップは、そのチップの先端部だけが前記ビット本体の側周面から突出するように稙設してあるので、個々のチップと地層との衝突面積が小さく、よって掘削負荷が小さく、破損寿命や磨耗寿命を長くすることができる。
また超硬合金チップは、柱状であるのでビット本体に埋め込み易く、また多角柱状であるので地層に対して噛込み角度を確保すると共に、その噛込み角度はそれほど鋭角にはならないので、チップ角部の破損寿命、磨耗寿命を永らえることができる。
勿論、超硬合金チップを埋め込むことで、岩盤や転石層等の硬い地層に対してもスムーズに掘削することができる。
よって請求項１に記載のボーリング用ビットによれば、硬い地層でも軟質の地層においても、効率よく、スムーズに且つ長寿命で掘削を行うことができる。またテーパを構成したコーン形状のビット本体と、そのテーパ側周面に稙設した超硬合金チップとの組み合わせとしたことで、ボーリング液を用いる泥水掘削の他、無水掘削も可能となる。
【０００８】
また請求項２に記載のボーリング用ビットによれば、上記請求項１に記載の構成による作用効果に加えて、コーン形状のビット本体は、その先端を円錐台形状の端面として構成すると共に、その先端面の外周に沿って、複数の超硬合金チップを、該チップの先端部が前記先端面の上方及び側方に突出するようにして、稙設してあるので、
ビット本体の先端面の外周に稙設した超硬合金チップによって、楔状になった掘削最先端部での掘り進みを効果的に行うことができ、それに続くテーパ側周面での掘削にスムーズにつなげることができる。
【０００９】
また請求項３に記載のボーリング用ビットによれば、上記請求項１または２に記載の構成による作用効果に加えて、ボーリング液の流出口をビット本体の先端面の中心部に開口させると共に、側周の周りに均等の間隔で且つ所定の傾斜角度で斜前方に向けて開口させているので、
ビットの先端のみならずテーパ側周面への十分な量のボーリング液の供給を行うことができ、ビットの回転に対する十分な潤滑を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るボーリング用ビットの正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るボーリング用ビットの平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るボーリング用ビットの底面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るボーリング用ビットに用いられる超硬合金チップの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１〜図４を参照して本発明の実施形態に係るボーリング用ビット１を説明する。
ボーリング用ビット１はビット本体１０と該ビット本体１０に稙設される超硬合金チップ２０とからなる。
ボーリング用ビット１は２点鎖線で示すボーリング用ロット２の先端部に螺合等により取り替え可能に取り付けられる。
ボーリング用ロット２が地上の図示しない回転駆動源によって回転されることで、ボーリング用ビット１が該ボーリング用ロット２と共に回転される。地中への掘削は、ボーリング用ロット２を継ぎ足していくことで深くしていくことができる。
【００１２】
前記ビット本体１０は、先端側から基端側に向けてテーパＴを構成して成るコーン形状としてある。
コーン形状のビット本体１０は、より具体的には、基端側に形成された円柱形状の基部１１と、その基部１１に引き続いて一体成型された円錐台部１２とからなる。
円錐台部１２は先端面１２ａと側周面１２ｂとを有し、側周面１２ｂには先端面１２ａ側から基端側にかけて次第に拡大する前記テーパＴが施されている。
ビット本体１０には、前記基部１１から円錐台部１２の途中にかけて、中心部にボーリング用ロット２との螺合用の雌ネジ部１３が凹陥部として設けられている。
そして前記雌ネジ部１３の底部中心部から、ボーリング液の流出穴１４が流出口１５に向けて設けられている。
【００１３】
前記円錐台部１２にテーパＴを設ける理由は、大きく言って２つある。その１つは、ボーリング用ビット１の先端部を楔形状とすることで、岩盤層や転石層等の固い地層に対してもスムーズに掘り進んでいくことができるようにすることである。もう１つの理由は、テーパＴをつけることで、削り取り孔を先端から徐々に拡大してゆくと共に、その過程で削り取り孔の孔壁に対してボーリング用ビット（１）の転圧を効果的に加え、これによって孔壁の強化を図り、粘土層や砂層、砂利層等の難弱な地層の掘削においても孔内の崩落を効果的に防止することである。
円錐台部１２のテーパＴの角度は、１０度〜４５度とすることができる。１０度未満の場合は、掘削孔の孔径の拡大に時間がかかるのと、ビット本体１０の長さが長くなりすぎて、好ましくない。４５度を超えると、掘削抵抗が大きくなり、超硬合金チップ２０の破損や磨耗が大きくなるので好ましくない。より好ましくは、１５度〜３０度とするのがよい。
【００１４】
前記流出穴１４は、前記雌ネジ部１３の底部中心部から円錐台部１２の先端面１２ａに設けられた流出口１５ａに向けて軸心を貫通する流出穴１４ａと、該流出穴１４ａから斜め前方に分岐して円錐台部１２の前半部の側周面１２ｂに円周方向に等間隔で設けられる流出口１５ｂへ貫通する流出穴１４ｂとからなる。
側周面１２ｂの流出口１５ｂは、本実施形態では２個（一対）を円周方向に１８０度の間隔で設けているが、３個以上を円周方向に等間隔で設けることも可能である。
また前記流出口１５ｂは、円錐台部１２の前半部の側周面１２ｂに４５度の前方傾斜角度で設ける。しかし前方傾斜であれば、角度は必ずしも４５度でなくともよい。
ボーリング用ロット２を通って供給されるボーリング液は、ボーリング用ビット１の流出穴１４（１４ａ、１４ｂ）を通って、更に流出口１５（１５ａ、１５ｂ）からビット１の先端及び先端付近の側周に流出し、泥水として地層の溶解、ビット回転の潤滑、並びに掘削済み孔の内壁の崩れ防止の役割を果たす。
【００１５】
前記超硬合金チップ２０は、図４に示すように、多角柱状のものを用いる。多角柱状には三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、それ以上の角柱を含むが、地層への噛込み力と耐衝撃、耐磨耗とのバランスをとって、正五角柱、正六角柱が好ましい。本実施形態では正六角柱としている。
前記超硬合金チップ２０は、材質として本実施形態ではタングステンカーバイトＷＣを主成分とする合金、例えばＷＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ―Ｃｏ系合金を用いている。勿論、他の種類の超硬合金と称することができる高硬度で靭性に優れた材料も本発明の超硬合金に含まれるものとする。
【００１６】
前記超硬合金チップ２０は、ビット本体１０の先端面１２ａと側周面１２ｂとに植設している。
超硬合金チップ２０の側周面１２ｂへの植設は、多角柱の大部分がビット本体１０内に埋め込まれた状態とされ、多角柱の先端部だけがビット本体１０の側周面１２ｂから突出するようにして植設している。
前記超硬合金チップ２０の先端部の側周面１２ｂからの突出量は、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とする。突出量が０．２ｍｍ未満となると、削り取りの効率が悪く、掘削が進まない。一方、突出量が２．０ｍｍを超えると、チップの磨耗或いは破損し易くなり、ボーリング用ビットの寿命が低減する。削り取り効率と寿命を考慮して、好ましくは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとするのがよい。
【００１７】
超硬合金チップ２０の側周面１２ｂへの植設は、円錐台部１２と基部１１の境目から、円錐台部１２の先端付近までの領域とし、その領域に分散させて設けている。即ち超硬合金チップ２０は、側周面１２ｂの円周方向においても略一定の間隔で分散させ、且つ側周面１２ｂのテーパ方向にも略一定の間隔で分散させた状態にしており、超硬合金チップ２０が円周方向にもテーパ方向にも連続して並ばないようにしている。超硬合金チップ２０が１列に並ぶと、ブレードのようになるので、地層との接触抵抗が非常に大きくなり、破損や磨耗が大きくなり、好ましくない。
【００１８】
また超硬合金チップ２０の円周方向における配置数は、円周長さに対応して、円錐台部１２の基部側で植設数が多く、先端側で少なくなるようにしている。
例えば本実施形態では、図１、図３を参照して、ビット本体１０の基端側に１列目の超硬合金チップ２０ａと２列目の超硬合金チップ２０ｂと３列目の超硬合金チップ２０ｃは、それぞれ円周方向に３個を略１２０度の間隔で配置し、且つテーパＴ方向にも１列目の超硬合金チップ２０ａと２列目の超硬合金チップ２０ｂと３列目の超硬合金チップ２０ｃが相互に縦列しないように分散させている。
そして円周長さが短くなってきているので、ビット本体１０の前半部となる先端側の４列目の超硬合金チップ２０ｄは２個、５列目の超硬合金チップ２０ｅは１個だけ設けている。
勿論、各列での超硬合金チップ２０の個数は上記した個数に限定されるものではない。ビット本体１０の大きさと各超硬合金チップ２０の大きさによって、適当な数を選択することができる。
以上のようにして、先端側で超硬合金チップ２０の個数を少なく、基端側に行くにつれて超硬合金チップ２０の個数を多くすることで、超硬合金チップ２０による削り取りをバランスよく行うことができ、結果として掘削を効率的に行うことができる。
【００１９】
超硬合金チップ２０はビット本体１０の先端面１２ａにも設ける。
本実施形態では、２個の超硬合金チップ２０ｆ、２０ｆをビット本体１０の先端面１２ａの外周に沿って、均等の間隔となるように対向する２箇所に植設している。この２個の超硬合金チップ２０ｆ、２０ｆの配置もまた、側周面１２ｂに植設された超硬合金チップ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅと、できるだけ縦方向に重複しないように設けるのが好ましい。
先端面１２ａに設ける超硬合金チップ２０ｆ、２０ｆは、該チップ２０ｆ、２０ｆの先端が先端面１２ａの上方及び側方に突出するようにして植設する。
超硬合金チップ２０ｆの先端面１２ａから上方への突出量は、上記した側周面１２ｂからの突出量と同程度とし、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とする。好ましくは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとする。
超硬合金チップ２０ｆの先端面１２ａから側方への突出量は、上記上方への突出量と同程度することができる。が、３ｍｍ程度までの突出も可能である。
【００２０】
本実施形態においては、ビット本体１０の軸方向長さを１００ｍｍ、基部１１の軸方向長さを２０ｍｍ、基部１１及び円錐台部１２の基部の直径を４０ｍｍ、円錐台部１２の先端面１２ａの直径を２５ｍｍ、流出口１５の口径を１０ｍｍとしている。
また本実施形態における超硬合金チップ２０の正六角柱は、その柱長を７ｍｍ、正六角形の対向する辺間距離を６ｍｍとしている。
その他、ビット本体１０の材質はＳ４５Ｃの炭素鋼を用いることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１              ボーリング用ビット
２              ボーリング用ロット
１０            ビット本体
１１            基部
１２            円錐台部
１２ａ          先端面
１２ｂ          側周面
１３            雌ネジ部
１４            流出穴
１４ａ          流出穴
１４ｂ          流出穴
１５            流出口
１５ａ          流出口
１５ｂ          流出口
２０            超硬合金チップ
２０ａ〜２０ｆ  超硬合金チップ
Ｔ              テーパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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