(57)【要約】【課題】削岩機や自穿孔ロックボルト等の先端に装着される略ボタン状のチップがビット本体の前端面に植設された穿孔ビットにおいて、コストダウンを図るため、削孔能力を大きく低下させることなく、高価な超硬合金からなるチップの数を減らす。【解決手段】ビット本体２の前端面２４は、斜面部２５と平坦部２６からなる円錐台状に形成され、前端面側部分は他の部分よりも外側に膨出している。６個のチップ３ａ〜３ｆは、ビット本体２の軸心から少し外れた位置にチップ３ａが植設され、これに続いてチップ３ｂ〜３ｅの順番でビット本体２の軸心から右回り（使用時における穿孔ビットの回転方向）で順次離れるように配置され、最外周に位置するチップ３ｅの軸心を挟む対向位置にはさらにチップ３ｆが植設される。チップ３ａ〜３ｅの先端部分の軸心方向における相対位置もこの順番で後方に向けて後退している。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビット本体の前端面に略ボタン状の複数のチップが植設された穿孔ビットにおいて、前記複数のチップは、少なくとも最外周側に位置するチップを除く内側チップ群の各軸心が、穿孔ビットの回転方向に向けて前記ビット本体の軸心から順次離れるように配置されることを特徴とする穿孔ビット。
【請求項２】
前記複数のチップが、前記ビット本体の軸心から順次離れるにつれてその先端部分が軸心方向の後方に順次位置するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の穿孔ビット。
【請求項３】
前記ビット本体の前端面が軸心部から離れるにつれて軸心方向後方に後退し、前記複数のチップが当該前端面に対して各々の軸心が略直角となるように植設されることを特徴とする請求項１または２に記載の穿孔ビット。
【請求項４】
前記複数のチップが、穿孔ビットの回転によるそれぞれの軌跡において隣り合うチップ間で互いに一部が重なるように配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の穿孔ビット。
【請求項５】
前記複数のチップが同一径であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の穿孔ビット。
【請求項６】
前記複数のチップの総断面積が、削孔断面積に対して１０〜２０％であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の穿孔ビット。
【請求項７】
前記最外周側に位置するチップが複数であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の穿孔ビット。
【請求項８】
前記最外周側に位置するチップの一部分が、前記ビット本体の外周面よりも外側に突出していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の穿孔ビット。
【請求項９】
前記ビット本体に壁面を貫通する通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の穿孔ビット。
【請求項１０】
ビット本体の前端面に略ボタン状の複数のチップが植設された穿孔ビットを端部に備える自穿孔ロックボルトにおいて、前記複数のチップは、少なくとも最外周側に位置するチップを除く内側チップ群の各軸心が、穿孔ビットの回転方向に向けて前記ビット本体の軸心から順次離れるように配置されていることを特徴とする自穿孔ロックボルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば削岩機や自穿孔ロックボルトの先端に装着して使用するボタン状チップを用いた穿孔ビットと、この穿孔ビットを先端部分に装着した自穿孔ロックボルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タングステンカーバイトなどの超硬合金からなる略ボタン状のチップ（刃体）をビット本体の前端面に複数植設してなる穿孔ビット、いわゆるボタンビットは、削岩機の回転ロッドあるいは自穿孔ロックボルトとしてロックボルト本体の先端部分に装着され、主として中硬岩層や硬岩層からなる地盤の掘削に多用されている。斯かる穿孔ビットにおいて、多数のチップの大半は、基本的にビット本体の軸心を通る線を挟んだ対称位置に配置され、チップの何組かは軌跡が重なるように植設されるのが通例である（例えば、特許文献１ないし３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２４６４１０号公報（第２図）
【特許文献２】
特許第２９４１５９０号公報（第２図）
【特許文献３】
特公昭６３−４３５５１号公報（第２−４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
削孔の対象となる地盤は、硬いものから柔らかいものまでさまざまであり、地盤内部の岩盤状況についても一様ではなく、その削孔場所によって複雑な構造になっていることが多い。このため、硬い地盤にも適用可能なボタンビット形式の穿孔ビットが一般的に使用されている。ところで、斯かる穿孔ビットを先端に有する自穿孔ロックボルトの場合には、削孔深さがせいぜい数メートル程度であり、その削孔径は大きくても７０〜８０ｍｍに止まる。そして、基本的には１回きりの使用でそのまま削孔内に残置される。
【０００５】
ところが、これまで市販されているボタンビット形式の穿孔ビットは、いずれも数百ｍの削孔にも耐え得ることを前提として設計されたものであり、これがそのまま自穿孔ロックボルトにも適用されているのが実情である。換言すれば、従来の穿孔ビットは、自穿孔ロックボルトのような上記使用条件においては明らかに過剰仕様であり、高価な超硬合金からなるチップを多数使用することにより、自穿孔ロックボルト全体としてコストアップの大きな要因の一つとなっていた。
【０００６】
本発明は、これら従来技術の問題点に鑑みなされたもので、穿孔ビットの製造コストの中で大きな比率を占めるチップの配列等について鋭意検討した結果、本発明に想到したのである。すなわち、本発明では、例えば自穿孔ロックボルトのように穿孔ビット自体の耐久性が、上記のように数百ｍの削孔にも耐え得ることが必要とされない使用条件において、できるだけ少ない数のチップを効果的にに配列することにより、硬岩層のみならず軟岩層や柔らかい土砂層に至るまでの幅広い地盤性状に対する削孔能力を維持しながら製造コストの大幅な低減を実現した穿孔ビットと、それを用いた自穿孔ロックボルトの提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１では、ビット本体の前端面に略ボタン状の複数のチップが植設された穿孔ビットにおいて、前記複数のチップを、少なくとも最外周側に位置するチップを除く内側チップ群の各軸心が、穿孔ビットの回転方向に向けて前記ビット本体の軸心から順次離れるように配置することを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、少なくとも最外周側に位置するチップを除く内側チップ群の各軸心が、ビット本体の軸心に対してすべて異なる距離にあるので、回転したときに各チップが描く軌跡が異なる。したがって、個々のチップの仕事量が増加することにより、少ないチップ数で削孔することができる。さらに、内側チップ群が穿孔ビットの回転方向に向けてビット本体の軸心から順次離れるように配置、すなわちビット本体の軸心を中心とする「渦巻状」に配列されることにより、少ないチップ数であっても滑らかな回転が行われる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上記構成において、複数のチップが、ビット本体の軸心から順次離れるにつれてその先端部分が軸心方向の後方に順次位置するように配置したものである。この場合には、隣り合うチップ間においてそれぞれの先端位置に軸心方向の段差が形成される。これにより、木の根が存在するような場所で削孔する際に、根を順次切断することにより、確実に根の切断を行うことができる。しかし、同一の軌跡に複数のチップが配置された従来のボタンビットは、木の根を押し潰す効果しかなく、チップが根の表面で滑るのみで根を切断することは困難である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の穿孔ビットにおいて、ビット本体の前端面が軸心部から離れるにつれて軸心方向後方に後退し、複数のチップが当該前端面に対して各々の軸心が略直角となるように植設されることを特徴とするものである。この構成によれば、ビット本体の軸心に対して複数のチップが外側に傾斜した状態で回転するため、傾いた分だけ軌跡が増加し、小径のチップであっても大きな仕事量が得られる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、上記請求項１ないし３に記載の穿孔ビットにおいて、複数のチップが、穿孔ビットの回転によるそれぞれの軌跡において隣り合うチップ間で互いに一部が重なるように配置されたものである。この場合には、すべてのチップにおいて回転による軌跡が重ならないものに比べれば多少のコストアップにつながるが、部分的に重なった分だけ削孔能力が向上する。このような配列でも、従来のように同じ軌跡を描く位置に複数のチップが何組も配置されたものに比べれば、大幅なコストダウンにつながる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、上記請求項１ないし４に記載の穿孔ビットにおいて、複数のチップを同一径としたものである。この構成によれば、ビット本体前端面に形成するチップ埋込み用の穿孔作業が簡略化され、ろー付け等の固着作業も均一化されるので、異種径のチップを組み合わせて使用するものに比べ、植設作業の合理化につながる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、上記請求項１ないし５に記載の穿孔ビットにおいて、複数のチップの総断面積が、削孔断面積に対して１０〜２０％としたものである。この場合、チップの総断面積が１０％未満であると、特に硬岩層の掘削における作業効率が急激に低下する。また、２０％を超えるような場合には、従来のボタンビットにおける面積比に近づき、その分だけ耐久性等が向上するものの、高価な超硬チップの使用量が増えることにより、コストダウン効果は急激に低下する。なお、本発明の各請求項に係る穿孔ビットは自穿孔ロックボルトに限らず、削孔ロッドに本発明の穿孔ビットを取り付けて削孔を行った後、穿孔ビットおよび削孔ロッドを引き抜き、ロックボルトを挿入するプレボーリング方式にも適用することは可能であり、基本的には上記面積比に限定されることはないが、自穿孔ロックボルトのような使用条件のものを対象とした場合には、コストダウン効果の点からこの範囲内に設定することが好ましい。
【００１４】
請求項７に係る発明は、上記請求項１ないし６に記載の穿孔ビットにおいて、最外周側に位置するチップを複数としたものである。この場合には、削孔時に最も仕事量が多く負担のかかる最外周部分に複数のチップを位置させることにより、その内方に植設された内側チップ群の上記配列状態に基づくコストダウン効果を維持しながら、削孔径の拡大に対応可能となる。すなわち、斯かるチップ配列は、大口径の穿孔ビットに好適である。
【００１５】
請求項８に係る発明は、上記請求項１ないし７に記載の穿孔ビットにおいて、最外周側に位置するチップの一部分が、ビット本体の外周面よりも外側に突出するようにしたものである。この構成によれば、削孔中にビット本体の側面が孔壁に接触しにくくなるので、穿孔ビットの回転が円滑になり、能力の小さな削孔機を使用することができる。
【００１６】
そして、請求項９に係る発明は、上記請求項１ないし８に記載の穿孔ビットにおいて、ビット本体に壁面を貫通する通孔を形成したものである。この場合には、ロックボルト本体の中空部等を介して供給される空気や水などの加圧流体をその通孔から噴出させながら削孔することにより、削孔に伴う削り屑（繰粉）を効果的に外部に排出させることができる。
【００１７】
さらに、請求項１０に係る発明は、ビット本体の前端面に略ボタン状の複数のチップが植設された穿孔ビットを端部に備える自穿孔ロックボルトにおいて、前記複数のチップを、少なくとも最外周側に位置するチップを除く内側チップ群の各軸心が、穿孔ビットの回転方向に向けて前記ビット本体の軸心から順次離れるように配置したものである。この構成によれば、上記請求項１ないし９に記載の安価な穿孔ビットを適用することにより、従来のような過剰品質が解消され、自穿孔ロックボルト全体としての大幅なコストダウンが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る穿孔ビットは、コストダウンを図るために高価な超硬合金からなるチップをできるだけ少ない数とし、それでありながら削孔能力をそれほど低下させることのない特徴的なチップの配列状態を採用した。これにより、用途によっては過剰仕様となるような場合に、的確に対応させることが可能になった。なお、本発明における略ボタン状の超硬チップの形状としては、例えば最先端部分を平面とした二段円錐状、半球状、最先端部分のみを丸めたテーパ状、最先端部分を平面とした角錐状など、その形状に格段の限定はなく、使用条件等に応じて適宜選定される。
【００１９】
また、超硬チップの径は、穿孔ビットの口径に応じて７〜１４ｍｍのもの使用され、一般的には口径が大きくなるにつれてチップ径も大きくなり、チップ自体の価格もそれに伴って上昇する。しかるに、本発明に係る穿孔ビットでは、７〜９ｍｍ程度の小さめのもので口径の大きなものに対応が可能であり、チップ数自体の減少と合わせてコストダウン効果が大きい。そして、これら超硬チップは、ビット本体の前端面に穿設された装着穴に埋め込まれ、圧入やろう付けなどの手段により固定される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１ないし図３は、本発明に係る穿孔ビットの第一実施例を示すもので、それぞれ正面図、平面図および断面図である。図示の穿孔ビット１は、有底筒状に鋳造されたビット本体２と、その前端面に植設された超硬合金からなる略ボタン状で同一サイズの６個のチップ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆから構成されている。
【００２１】
上記構成において、ビット本体２は、図３から明らかなように、その内面に開口端部側から前端面側に向けて約半分の長さでロープねじ部２１が形成されている。このロープねじ部２１の先端側には、それよりも小径の凹部２２が設けられ、この凹部２２から軸心に対し斜め後方に向けて２個の通孔２３が壁面を貫通し、後述する外側の溝部２８に開口している。また、ビット本体２の前端面２４は斜面部２５と平坦部２６からなる円錐台状に形成され、前端面２４側の端部が他の部分よりも大径の膨出部２７となっている。この膨出部２７の外周面には、６個の円弧状の溝部２８が等間隔で設けられ、図２から明らかなように、平面視で略歯車状の形状を呈している。
【００２２】
そして、図２から明らかように、上記６個のチップのうちでチップ３ａは、前端面２４の中央に形成された平坦部２６の中心すなわちビット本体２の軸心から少し外れた位置に植設されている。その他のチップ３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅは、斜面部２５において、ビット本体２の軸心から右回りに順次離れるように植設されている。これにより、各チップ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの先端部分の位置は、ビット本体２の後端面方向に順次後退することになる。実施例では、５個のチップ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅが、右回りの螺旋状に配置されているが、この向きは穿孔ビット１の回転方向と同じである。したがって、穿孔ビット１を左回転の削孔機に適用する場合には、各チップの配置は左回りにする必要がある。このように、各チップ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅが、穿孔ビット１の回転方向と同じ方向の螺旋配置されることから、少ないチップ数でも円滑な回転が行われる。また、隣り合うチップ間においてそれぞれの先端位置に軸心方向の段差が形成されることにより、特に木の根が存在するような場所で削孔する際に、確実に根を切断して削孔を行うことができる。
【００２３】
なお、上記実施例では，螺旋の終端すなわち最外周部に位置するチップ３ｅに対して、軸心を挟んで同じ距離の対向位置にチップ３ｆが植設され、最外周部を除きそれぞれ軸心からの距離が異なる４個のチップ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなる内側チップ群に対して、最外周位置には同じ軌跡を描く２個のチップ３ｅ，３ｆが存在することになる。このような配列は、削孔時に最も仕事量が多く負担のかかる最外周部分に複数のチップが存在するから、その内方に植設された内側チップ群の上記配列状態に基づくコストダウン効果を維持しながら、穿孔ビットの大口径化に適している。また、平坦部２６に設けられたチップ３ａ以外の５個のチップ３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは、すべて斜面部２５に対してそれぞれの軸心が略直角となるように植設されている。すなわち、ビット本体２の軸心に対してチップ３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆが外側に傾斜した状態で回転するため、傾いた分だけ軌跡が増加し、小径のチップであっても大きな仕事量が得られる。そして、最外周に位置する２個のチップ３ｅ，３ｆについては、斜面部２５の外周縁にごく近い場所に植設されていることから、ビット本体２の膨出部２７の最大径部よりもやや外側に突出した状態になる。これらチップ３ｅ，３ｆの存在により、削孔時においてビット本体２の膨出部２７が、削孔中に孔壁に接触しにくくなるので、穿孔ビット１の回転が円滑になり、能力の小さな削孔機を使用することができる。
【００２４】
図４は、上記実施例におけるチップの軌跡を示す説明図であり、ここではチップ３ｂを表している。すなわち、チップ３ｂの軌跡は、回転の中心となるビット本体２の軸心に対して、点線で示すように、ビット本体２の軸心側に最も近い位置で接する円と外周縁側の最も遠い位置で接する同心円として表すことができる。この図から明らかなように、チップ３ｂの軌跡は、チップ３ｃの半分とチップ３ｄのごく一部が重なり、重なった分だけ削孔能力が向上する。なお、軌跡を示さないが、同じ同心円上に位置する最外周位置のチップ３ｅ，３ｆ以外のチップは、いずれも少なくとも隣り合うチップ間において軌跡が部分的に重なるように配置されている。このような配列でも、従来のように同じ軌跡を描く位置に複数のチップが何組も配置されたものに比べれば、大幅なコストダウンが可能になる。なお、図示はしないが、最外周位置のチップは必ずしも複数である必要はなく１個でもよい。また、各チップの軌跡が隣接チップ間で全く重ならないようにしてもよい。
【００２５】
次に、図５および図６は、それぞれ本発明に係る穿孔ビットの異なる実施例である。図５に示す穿孔ビット４は、ビット本体５の前端面の大半が平坦部５１として形成され、その周囲に斜面部５２が設けられたものである。この場合、４個のチップ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが、この順番でビット本体５の軸心から離れるように右回りの螺旋状として平坦部５１に配置され、内側チップ群を構成している。そして、斜面部５２には最外周に位置するチップとして前記実施例と同様に２個のチップ６ｅ，６ｆが設けられている。図６に示す穿孔ビット７は、基本的には図１ないし４に示す実施例と同様な構成であるが、同実施例のものよりは削孔径の大きなものを対象とし、チップの数が６個から９個に増加している。この場合、内側チップ群は９ａ〜９ｆの６個で構成され、最外周には３個のチップ９ｇ〜９ｉが配置されている。
【００２６】
上記各実施例において、いずれも同一外径のチップを使用しているが、もちろん異なる径のものを組み合わせることは可能である。本発明によれば、従来のボタンビットに比べ、同じ削孔径のもので比べた場合には小さめのチップで対応でき、７〜９ｍｍ程度のチップでも十分である。また、すべてのチップの総断面積が、削孔断面積に対して１０〜２０％となるように設定すれば、コストダウン効果の点で好適である。
【００２７】
次に、図７は本発明に係る自穿孔ロックボルトの一実施例であって、その使用状態を示すものである。図示の自穿孔ロックボルト１０は、外周面の全長に渡りロープねじが形成され、内部には長手方向に連続する中空部（図示せず）が設けられたロックボルト本体１１と、その先端部分に装着された前記実施例の穿孔ビット１からなる。ロックボルト本体１１の先端部分は穿孔ビット１のロープねじ部２１と螺合し、これによりロックボルト本体１１の上記中空部と穿孔ビット１の通孔２３とが連通する。
【００２８】
そして、この自穿孔ロックボルト１０の後端側にはシャンクアダプター１２を介して削岩機１３が連結され、その回転および打撃力により地盤を穿孔する。なお、削岩機１３にはコンプレッサー（図示せず）が連結され、加圧した空気または水をシャンクアダプター１２の中空部を介してロックボルト本体１１に供給できるようになっている。これら加圧流体は、ロックボルト本体１１の中空部を通って穿孔ビット１内に到達し、さらに通孔２３から斜め後方に噴出される。特に、前面の地盤に亀裂等がある場合には、加圧流体が亀裂から抜け出る可能性があるため、本実施例のように通孔２３を後方に設けることにより、穿孔ビット１背面の繰粉を有効に排出することができる。ビット本体２から噴出された加圧流体は、前端面側で発生する繰粉を効率よく後方に排出し、穿孔ビット１の振れを有効に阻止しながら真直状態で穿孔することができる。削孔が完了したら、孔内を洗浄した後、同じ流路を利用して適宜グラウト材を注入して孔内に充満させ、自穿孔ロックボルト１０を定着させる。なお、穿孔ビット１の前面に亀裂等が存在しない場合には、前方に通孔２３を設けたほうが効果的に穿孔ビット１の前面の繰粉を排出することができる。したがって、上記各実施例の穿孔ビットにおいて、通孔および溝部の位置とその数については特に限定されない。
【００２９】
上記実施例の自穿孔ロックボルト１０において、ロックボルト本体１１には全ねじボルトが適用されているが、もちろんこれに限定されるものではなく、端部のみをねじ状としたものであっても何ら問題はない。また、穿孔ビット自体についてもビット本体の形状、チップの形状とその数の変更などは可能である。すなわち、自穿孔ロックボルトとしての使用か、あるいは削孔機への適用など、その使用条件等に応じてこれらを適宜選択すればよく、この発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る穿孔ビットは、少なくとも最外周側に位置するチップを除く内側チップ群の各軸心が、ビット本体の軸心に対してすべて異なる距離にあるように配置したので、個々のチップの仕事量が増加し、少ないチップ数で削孔することが可能になり、コストダウンにつながる。さらに、内側チップ群が穿孔ビットの回転方向に向けてビット本体の軸心から順次離れるように配置されることにより、少ないチップ数であっても滑らかな回転を実現できる。このため、例えば自穿孔ロックボルトのように、削孔深さが浅く、しかも１回限りの使用を前提とするものにおいて特に好適であり、自穿孔ロックボルト全体としてのコストダウンにも大きく貢献するなど、その実用上の効果はきわめて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による穿孔ビットの一例を示す正面図である。
【図２】上記穿孔ビットの平面図である。
【図３】上記穿孔ビットの縦断面図である。
【図４】上記穿孔ビットにおけるチップの軌跡を示す説明図である。
【図５】本発明による穿孔ビット他の例を示す平面図である。
【図６】本発明による穿孔ビット他の例を示す平面図である。
【図７】本発明による自穿孔ロックボルトの使用状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１，４，７…穿孔ビット、２，５，８…ビット本体、３ａ〜３ｆ，６ａ〜６ｆ，９ａ〜９ｉ…チップ、１０…自穿孔ロックボルト、１１…ロックボルト本体、１２…シャンクアダプター、１３…削岩機、２３…通孔、２５，５２…斜面部、２６，５１…平坦部、２８…溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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