(57)【要約】【課題】ロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、給圧力が小さくても切刃部の接地圧力を大きくすること、精度の良いボーリング孔を効率よく削孔すること、切り屑（スライム）によるマトリックスの磨耗を効率よく行うことにある。【解決手段】ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ切刃部と、溝状のウォーターウェイとを、ビット本体の先端の円周上に交互に配置して成るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、切刃部は、ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ第一領域と、ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込まない第二領域とを備えるとともに、第一領域が、掘進方向に向かって第二領域より突出している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ切刃部と、溝状のウォーターウェイとを、ビット本体の先端の円周上に交互に配置して成るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、
前記切刃部は、前記ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ第一領域と、前記ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込まない第二領域とを備えるとともに、前記第一領域が、掘進方向に向かって前記第二領域より突出している
ことを特徴とするロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット。
【請求項２】
請求項１記載のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、
前記第一領域は、前記掘進方向に対して、前記ウォーターウェイの背後に設けられている
ことを特徴とするロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット。
【請求項３】
請求項１記載のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、
前記第一領域は、前記ビット本体の外周側に位置する外側ブロックと前記ビット本体の内周側に位置する内側ブロックとを備えるとともに、前記外側ブロックおよび前記内側ブロックを、前記掘進方向に対して、前記ウォーターウェイの背後に何れかが位置するように隣接配置している
ことを特徴とするロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリー式ボーリングマシンに用いるダイヤモンドビットに係り、特に硬質岩盤に精度の高いボーリング孔を削孔するために用いるダイヤモンドビットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロータリー式ボーリングマシンに用いられるダイヤモンドビットは、図６ないし図８に示すように、コアチューブあるいはロッドなどに接続できるようにネジを設けたシャンク部２と、ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を保持する切刃部３とから構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
切刃部３は、シャンク部２の一端に焼結されている。
【０００３】
ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末が植え込まれている切刃部３は、断続的に設けられており、その間には溝状のウォーターウェイ４が設けられている。
図９にボーリング作業の一例を示す。
ボーリング機械１０は、ボーリング機械本体１１、スピンドル１２、巻き上げプーリー１３、ハンドレバー１４、エンジン１５、送水ポンプ１６等から構成されている。
【０００４】
スピンドル１２は、ボーリング機械１０に組み込まれたエンジン１５によって回転駆動されるとともに、ハンドレバー１４を操作することにより削孔方向又はその反対方向に給圧可能な構造となっている。
ロッド１７は、削孔方向に挿通可能な中空状の形状を為しており、その上端にはチャックボデー１８が取り付けられている。そして、チャックボデー１８に組み込まれたスクリューチャック（図示しない）を締め込むことによってロッド１７を拘束するようになっている。
【０００５】
なお、作業環境に応じてエンジン１５に替えてモーターを用いることがあり、また、ハンドレバー操作に替えて油圧ポンプにより給圧する構造のボーリング機械も多用されている。
ロッド１７の下端にはコアチューブ１９が取り付けられており、さらにコアチューブ１９の下端にダイヤモンドビット１が取り付けられている。また、ロッド１７の上端にはウォータースイベル２１が取り付けられ、これには削孔水を供給するためのデリバリーホース２２が取り付けられている。ロッド１７、コアチューブ１９およびダイヤモンドビット１はいずれもが中空構造となっており、デリバリーホース２２から供給された削孔水は、ウォータースイベル２１、ロッド１７、コアチューブ１９およびダイヤモンドビット１の中空部を通して切削部に供給される構造となっている。
【０００６】
ボーリング作業を行うに当たっては、ボーリング削孔軸線上にボーリング機械１０の一部を構成するスピンドル１２が来るように、ボーリング機械本体１１を据え付ける。また、ボーリング作業に必要なやぐら２０、泥水だめ（または図示しない給水設備）２３等を設置する。
その後、ロッド１７をスピンドル１２に固定し、ロッド１７の下端にコアチューブ１９およびダイヤモンドビット１を取り付け、ロッド１７の上端に取り付けたウォータースイベル２１を介して削孔水を供給しながら、スピンドル１２を介してロッド１７とこれに取り付けられたコアチューブ１９およびダイヤモンドビット１を回転させるとともに、掘進方向に給圧を行うことにより削孔する。
【０００７】
地中に供給された削孔水は、ウォーターウェイ４を通してダイヤモンドビット１の内側から外側に流れ、さらに孔壁（又はケーシング）２４とダイヤモンドビット１、コアチューブ１９およびロッド１７との間を通って地表に排出される。
掘削によって発生する切り屑（スライム）は、この削孔水の中に混入し、削孔水の流れによって孔内から地表に排出される。
【０００８】
削孔に伴い、ダイヤモンドは磨耗するが、ダイヤモンドを埋め込んでいる切刃部３が切り屑（スライム）によりダイヤモンドよりわずかに多く磨耗することから、切刃表面には常に新しいダイヤモンドが突出することになり、連続削孔が可能となっている。
前述のように、ウォーターウェイ４は、削孔水がダイヤモンドビット１の内側から外側に向かって流れる通路となっているが、ウォーターウェイ４が小さすぎると、削孔水の循環通路が塞がれ易くなり、スライムを十分に排除できず、ダイヤモンドビット１の焼付き等の危険にさらされることになる。
【０００９】
一方、ウォーターウェイ４が大きすぎると、スライムによる切刃部３の適正な磨耗が行われず、ダイヤモンドの突出（エッジ）を十分に発揮することができない。
さらには、複数のウォーターウェイ４のうちの一箇所にのみ削孔水が集中し、他のウォーターウェイ４が塞がれて片詰まりの原因となり、ダイヤモンドビット１の消耗を早めることになる。
【００１０】
このため、従来のダイヤモンドビット１では、ウォーターウェイ４の割合はダイヤモンドビット１の断面積の９０％前後とされているものが多い。
【特許文献１】
特開平１０−１４６７７１号公報
【特許文献２】
特開平１０−３０５４１９号公報
【特許文献３】
特開平１１−１０４２５号公報（図６，図７）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ダイヤモンドビット１を用いて岩盤削孔を行う場合、岩盤が硬質であるとダイヤモンドビット１の切刃部３の切削効率が岩盤の硬さに応じて低下し、その結果削孔速度が低下する。
このような場合は、削孔速度を維持するために、削孔時にボーリング機械１０から与える下向きの給圧力を大きくすることにより、ダイヤモンドビット１の接地圧力を高くする方法がとられている。
【００１２】
しかしながら、接地圧力を大きくすると、コアチューブ１９とボーリング機械１０の間にあるロッド１７が給圧力によりたわむことにより、いわゆる孔曲がりが生じて精度の高いボーリング孔を削孔することはできないという問題があった。
特に、コンクリートダムに設けられるプラムラインでは、孔曲がりのない鉛直孔を設ける必要があるため、給圧力を大きくすることはできず、岩盤が著しく硬質の場合には、作業効率は非常に悪いものとなっていた。
【００１３】
また、削孔速度が低下すると、これに比例して切り屑（スライム）の発生量が減少するので、切り屑（スライム）による切刃部３の磨耗がほとんどなくなり、ダイヤモンドがダイヤモンドビット１の表面に突出しなくなり、削孔できなくなることもしばしばあった。
前述の理由により削孔不能となった場合には、一度ダイヤモンドビット１を地表に回収し、切刃部３をヤスリ等で研磨した後、再度孔内に降ろして削孔を行っているが、ダイヤモンドビット１の回収作業に時間を要し、一層作業効率が低下する要因となっている。
【００１４】
さらに、ヤスリ等で研磨すると、ダイヤモンドビット１の切刃部３が必要以上に磨耗し、その結果、ビットライフが短くなるという問題があった。
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、給圧力が小さくても切刃部の接地圧力を大きくすることが可能で、精度の良いボーリング孔を効率よく削孔することができるロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットを提供することにある。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、切り屑（スライム）によるマトリックスの磨耗を効率よく行うことが可能なロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ切刃部と、溝状のウォーターウェイとを、ビット本体の先端の円周上に交互に配置して成るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、前記切刃部は、前記ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ第一領域と、前記ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込まない第二領域とを備えるとともに、前記第一領域が、掘進方向に向かって前記第二領域より突出していることを特徴とする。
【００１７】
請求項１に係る発明によれば、切刃部の接地面積を少なくし、給圧力が少なくても切刃部の接地圧力を大きくすることが可能となる。
請求項２に係る発明は、請求項１記載のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、前記第一領域は、前記掘進方向に対して、前記ウォーターウェイの背後に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、マトリックスの磨耗が効率よく行われる。
請求項３に係る発明は、請求項１記載のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットにおいて、前記第一領域は、前記ビット本体の外周側に位置する外側ブロックと前記ビット本体の内周側に位置する内側ブロックとを備えるとともに、前記外側ブロックおよび前記内側ブロックを、前記掘進方向に対して、前記ウォーターウェイの背後に何れかが位置するように隣接配置していることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、切り屑（スライム）がビット内側に滞留し、マトリックスの磨耗が効率よく行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット３０を示す（請求項１、２に対応する）。
本実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット３０は、切刃部３１が、ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込んだ第一領域３２と、ダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え込まない第二領域３３とを備えるとともに、第一領域３２が、掘進方向に向かって第二領域３３より突出している点で、図６に示す従来のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット１とは相違する。なお、本実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット３０も、従来と同様に、切刃部３１が、シャンク部２の一端に焼結されているので、その詳細は省略する。
【００２１】
第一領域３２は、ウォーターウェイ３４を除く切刃部３１の約１／３にダイヤモンド粒又はダイヤモンド粉末を植え付けることによって形成されている。
第一領域３２は、掘進方向に向かって第二領域３３に比べて突出する構造となっている。このため、切刃部３１の接地面積は従来のダイヤモンドビットに比べて約１／３となっている。
【００２２】
本実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット３０は、従来のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット１と同様に、削孔時にはボーリング機械に取り付けられ、給圧されながら作業が行われる。この際、ビットに作用する接地圧力ｐは、給圧力をＰ、切刃部の接地面積をＡとすると、ｐ＝Ｐ／Ａであらわされる。ここで、切刃部３１の接地面積Ａを１／３とすると、同一の接地圧力ｐを得るための給圧力Ｐは１／３で良いことになる。
【００２３】
削孔速度ｔは接地圧力ｐに比例し、ロッドのたわみδは給圧力に比例する。従って、本実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット３０では、従来のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット１と同じ削孔速度を得るために必要な給圧力Ｐは１／３でよいことになり、これによって発生するロッドのたわみδも１／３となるので、短時間で精度の高い削孔を行うことが可能となる。
【００２４】
ここで、図３により、ダイヤモンドビットの植え込み面積と接地圧との関係について説明する。
図３は、従来のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット１の切刃部３の接地面積および接地圧力を１とした場合、切刃部３１の設置面積が減少するに従って接地圧力がどのような増加をするかを示したものである。
【００２５】
給圧力が一定の場合、ビット先端の接地面積と接地圧力は、図３に示すように反比例の関係にある。
接地面積の割合が従来のロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット１の先端の面積の５０％以上では、接地圧力は２倍以下までしか増加しないが、接地面積の割合が５０％以下になると、接地圧力は大幅に増加する。
【００２６】
しかしながら、接地面積を小さくするために、ダイヤモンドの埋め込み部を小さくすると、埋め込み部がすぐに磨耗するか、または岩盤の亀裂等を掘削する際の衝撃で埋め込み部が欠けてしまい、逆に削孔に弊害が発生する。
このような弊害を発生させないためには、ダイヤモンドビットの接地面積は、ダイヤモンドビットの断面積の２０％以上、望ましくは３０〜４０％とすることが適当である。
【００２７】
給圧力を替えずに切刃部３１の接地圧力を増すためには、ウォーターウェイ３４を広くとる方法があるが、この方法では、すでに述べたように、切り屑（スライム）による切刃部３１の適正な磨耗が行われず、かえって掘進速度を低下させることとなり、さらにはビットの寿命を縮めることになるので望ましい方法ではない。
【００２８】
なお、本実施形態では、第一領域３２の割合を、ビットの切刃部３１の面積の約１／３としているが、本発明では、これにこだわることなく、掘削対象物の硬軟等に応じた植え込み割合とすることがよい。
図４および図５は本発明の別の実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット４０を示す（請求項１、３に対応する）。
【００２９】
本実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット４０では、切刃部４１に形成する第一領域４２が、ビット本体４０ａの外周側に位置する外側ブロック４２Ａと、ビット本体の内周側に位置する内側ブロック４２Ｂとを備えるとともに、外側ブロック４２Ａおよび内側ブロック４２Ｂを、掘進方向に対して、ウォーターウェイ４４の背後に外側ブロック４２Ａが位置するように隣接配置した点、および切刃部４１に形成する第二領域４３が、第一領域４２に伴って、外側ブロック４２Ａの内側に位置する前部側ブロック４３Ａと、内側ブロック４２Ｂの外側および次のウォーターウェイ４４の前部側に位置する後部側ブロック４３Ｂを備えた点で、上述の実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット３０とは相違する。
【００３０】
本実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット４０では、掘削方向に対して、第一領域４２の内側ブロック４２Ｂが、ウォーターウェイ４４の背後に位置する第二領域４３の前部側ブロック４３Ａを介して内側になるように配置されているので、削孔水はビット内に滞留しやすくなる効果がある。
前述のように、ロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット４０は、切削によって発生した切り屑（スライム）により研磨されて順次新しいダイヤモンドビット粒が表面に露出して削孔可能となるが、このような構造にすることにより、切り屑（スライム）の排出が抑制され、ビット内に滞留してビット先端部の研磨効果を発揮することが可能となる。この結果、従来のようにヤスリなどで切刃部を研磨する必要が減少し、ロッドの上げ下げに伴う作業効率の低下を防ぐとともに、ビットライフを長くし、経済的で精度の高いボーリング孔が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、マトリックスの一部にのみダイヤモンドを植え込み、ダイヤモンドを植え込んだ箇所のマトリックスをダイヤモンドを植え込まない箇所のマトリックスに比較して掘進方向に向かって突出させることにより、ウォーターウェイを大きくすることなく、ボーリングマシンの給圧力が小さくても切刃部の接地圧力を高くすることが可能となり、精度の高いボーリング孔を短時間で削孔することが可能となる。
【００３２】
また、ダイヤモンド粒の埋め込み部がビットの回転方向に対して順次内側になるように配置することにより、切り屑（スライム）の排出が抑制されてビット内に滞留してビット先端部の研磨効果を発揮することが可能となる。この結果、従来のようにヤスリなどで切刃部を研磨する必要が減少し、ロッドの上げ下げに伴う作業効率の低下を防ぐとともに、ビットライフを長くし、経済的で精度の高いボーリング孔が可能となる。
【００３３】
また、特に削孔精度が問われない場合でも、ビットの接地圧力が従来のビットに比べて大きくなるため、削孔速度を早くすることが可能であり特に硬質岩盤において施工能率を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットの要部を示す正面図である。
【図２】図１の切刃部の拡大側面図である。
【図３】ダイヤモンドビット先端の接地圧力と接地面積との関係を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビットの要部を示す正面図である。
【図５】図４の切刃部の拡大側面図である。
【図６】ロータリー式ボーリング作業に用いる従来のダイヤモンドビットの要部を示す正面図である。
【図７】図６の切刃部の拡大側面図である。
【図８】図６の断面図である。
【図９】ボーリング作業の一例を説明する図である。
【符号の説明】
３０、４０  ロータリー式ボーリング用ダイヤモンドビット
３１、４１  切刃部
３２、４２  第一領域
３３、４３  第二領域
３４、４４  ウォーターウェイ
４０ａ  ビット本体
４２Ａ  外側ブロック
４２Ｂ  内側ブロック
４３Ａ  前部側ブロック
４３Ｂ  後部側ブロック
【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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【図８】
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【図９】
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