(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達手段の先端に取り付けられる取付部が後端側に設けられるとともに、先端側には上記動力伝達手段から伝達された動力によって掘削を行う掘削部が設けられた掘削ビットであって、上記掘削部においては、その外周部が、円錐面状の傾斜部によって先端側に隆起するように形成され、その内周部が、段差部を介して外周部よりも先端側に一段突出させられるとともにこの段差部よりも内周側に円錐面状の傾斜部が設けられており、この段差部による突出量ｔが、当該掘削部のゲージ径Ｇに対して突出量ｔ＝０．０２×Ｇ〜０．０７×Ｇの範囲とされているとともに、上記掘削部の傾斜部には、超硬合金等の硬質合金よりなるボタン状のチップが植設されていることを特徴とする掘削ビット。
【請求項２】
突出した上記内周部の外径Ｈが、上記掘削部のゲージ径Ｇに対してＨ＝０．５０×Ｇ〜０．８０×Ｇの範囲とされていることを特徴とする請求項１に記載の掘削ビット。
【請求項３】
上記動力伝達手段が、先端部に略円筒状の嵌合部を有するハンマーであって、上記取付部は、この嵌合部の内周に嵌合可能な軸状とされるとともに、上記掘削部の突出した内周部の外径Ｈが、上記嵌合部の外径と略等しくされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削ビット。
【請求項４】
上記動力伝達手段が、先端部に雄ねじ部または雌ねじ部が形成された掘削ロッドであって、上記取付部は、この掘削ロッドの雄ねじ部または雌ねじ部に螺合する雌ねじ部または雄ねじ部と、上記掘削ロッドの先端部が当接可能な当接部とを備え、上記掘削部の突出した内周部の外径Ｈが、この当接部の径と略等しくされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削ビット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンマーや掘削ロッドのような動力伝達手段の先端に取り付けられて動力を受け、この動力によってその先端側に設けられた掘削部により掘削を行う掘削ビットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の掘削ビットとしては、例えば後端側に軸状の取付部が設けられるとともに先端側には多数の硬質チップが植設された円盤状の掘削部が設けられ、動力伝達手段としてのＤＴＨ（ダウンザホール）ハンマーの先端部に設けられた略円筒状の嵌合部内周に上記取付部が嵌合することによってＤＴＨハンマーの先端に取り付けられて、このＤＴＨハンマーから伝達される動力（回転打撃力）により地盤等を掘削する、いわゆるＤＴＨビットが知られている。また、掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削ビットとしては、底部外面にやはり硬質チップが植設されて掘削部が設けられた概略有底円筒状のビット本体を有し、その円筒部内周の取付穴が取付部とされて上記掘削ロッドの先端部が螺合・当接され、この掘削ロッドを介して伝達される動力（やはり回転打撃力）により掘削を行うものも、一般的に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような掘削ビットで掘削を行う場合には、上記掘削部において外周側の方が内周側よりも掘削量が多くなるため上記硬質チップの摩耗などの損耗の進行が大きく、通常は内周側の硬質チップが未だ使用可能であるにも拘わらず、外周側の硬質チップの寿命で当該掘削ビットの寿命が決定されてしまうという問題があった。また、動力伝達手段としての上記ハンマーや掘削ロッドの打撃面の径は、上記掘削部の外径（ゲージ径）よりも小さく、このため伝達された打撃力が掘削部の外周側まで十分に伝播せず、掘削速度が制限されるなど効率的な掘削が阻害されるという問題もあった。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、掘削部の損耗の均一化を促すことによってビット寿命の延長を図るとともに、伝達される動力により効率的な掘削を行うことが可能な掘削ビットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、動力伝達手段の先端に取り付けられる取付部が後端側に設けられるとともに、先端側には上記動力伝達手段から伝達された動力によって掘削を行う掘削部が設けられた掘削ビットであって、上記掘削部においては、その外周部が、円錐面状の傾斜部によって先端側に隆起するように形成され、その内周部が、段差部を介して外周部よりも先端側に一段突出させられるとともにこの段差部よりも内周側に円錐面状の傾斜部が設けられており、この段差部による突出量ｔが、当該掘削部のゲージ径Ｇに対して突出量ｔ＝０．０２×Ｇ〜０．０７×Ｇの範囲とされているとともに、上記掘削部の傾斜部には、超硬合金等の硬質合金よりなるボタン状のチップが植設されていることを特徴とする。従って、このような掘削ビットにおいては、掘削部の内周部が先端側に一段突出させられていることにより、この突出した内周部が外周部よりも先行して掘削を行い、これによって崩壊しやすくなった地盤等を掘削部の外周側が掘り広げるようにして削孔が形成されることとなるので、動力伝達手段から伝達された掘削部の内周側に集中する動力によって効率的な先行掘削を行うことができる一方、掘削部の外周部への負荷を低減して内周部との損耗の均一化を図ることができる。ただし、この掘削部の内周部が外周部よりも突出する突出量ｔが該掘削部の大きさ、すなわちゲージ径Ｇに対して小さすぎると、内周部が外周部に対して十分に先行せずに上述の作用効果が確実に奏功されず、逆にこの突出量ｔが大きすぎると、先行する内周部への負荷が大きくなりすぎて却って損耗が不均一となるおそれが生じるので、この突出量ｔはゲージ径Ｇに対してｔ＝０．０２×Ｇ〜０．０７×Ｇとされる。
【０００６】
また、掘削部の突出した内周部の外径Ｈは、上記掘削部のゲージ径Ｇに対してＨ＝０．５０×Ｇ〜０．８０×Ｇの範囲とされるのが望ましく、これよりも内周部の外径Ｈが大きいと、先行して掘削される削孔の径も大きくなって内周部の外周側での損耗が著しくなることにより却ってビット寿命の短縮を招くおそれがあり、逆にこの内周部の外径Ｈが上記範囲よりも小さいと、外周部への負荷が十分に低減されずにやはり上述の作用効果が十分得られなくなるおそれがある。さらに、より具体的には、当該掘削ビットが上述したＤＴＨビットである場合にように、上記動力伝達手段が、先端部に略円筒状の嵌合部を有するハンマーであって、上記取付部が、この嵌合部の内周に嵌合可能な軸状とされるときには、上記掘削部の突出した内周部の外径Ｈは、上記嵌合部の外径と略等しくされるのが望ましく、一方、当該掘削ビットが掘削ロッドに取り付けられる場合であって、すなわち上記動力伝達手段が、先端部に雄ねじ部または雌ねじ部が形成された掘削ロッドであって、上記取付部は、この掘削ロッドの雄ねじ部または雌ねじ部に螺合する雌ねじ部または雄ねじ部と、上記掘削ロッドの先端部が当接可能な当接部とを備えたものであるときには、上記掘削部の突出した内周部の外径Ｈは、この当接部の径と略等しくされるのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明を上述のＤＴＨビットに適用した場合の一実施形態を示すものである。本実施形態においてビット本体１は、先端側に向かうに従い外径が段階的に拡径する軸線Ｏを中心とした概略多段円柱状をなし、その先端部は円盤状とされていて、この先端部の先端面に掘削部２が設けられるとともに、後端側は軸状とされて取付部３とされている。ここで、この取付部３は、さらに最後端側の小径のシャンク部４とその先端側の一段拡径した係合部５とから構成されており、この係合部５の外周には、上記軸線Ｏに平行に延びる凹溝５Ａが周方向に等間隔に複数形成されている。そして、この取付部３には、円筒状の嵌合部６が先端部に形成されたハンマー７が動力伝達手段としてこの嵌合部６を嵌合させて取り付けられ、この嵌合部６の内周に形成された複数の突条６Ａ…が上記凹溝５Ａ…と係合することにより、ハンマー７からビット本体１に上記軸線Ｏ回りの回転力が与えられるとともに、取付部３の後端面すなわち上記シャンク部４の後端面４Ａには、ハンマー７から軸線Ｏ方向先端側に向けて打撃力が与えられる。
【０００８】
一方、ビット本体１の円盤状の先端部に設けられる上記掘削部２においては、その外周部８が、内周側に向かうに従い段階的に傾斜が緩やかになる複数の円錐面状の傾斜部８Ａ…によって先端側に隆起するように形成されるとともに、内周部９は、軸線Ｏに略平行に延びる段差部９Ａを介してこの外周部８よりも一段先端側に略円板状に突出するように当該掘削部２と一体に形成されていて、この段差部９Ａによる内周部９の突出量ｔは、当該掘削部２の外径すなわちゲージ径Ｇに対して０．０２×Ｇ〜０．０７×Ｇの大きさとされている。また、この段差部９Ａによって突出した内周部９の外径Ｈは、上記ゲージ径Ｇに対して０．５０×Ｇ〜０．８０×Ｇの範囲とされていて、特に本実施形態では上記ハンマー７先端部の円筒状の嵌合部６の外径Ｄと略等しくされている。なお、上記内周部９の段差部９Ａよりも内周側は、内周側に向けて２段の傾斜部９Ｂを介してさらに隆起した後、軸線Ｏに垂直な円環状の平坦部９Ｃを経て傾斜部９Ｄにより後端側に陥没し、軸線Ｏの周りの中心部で再び軸線Ｏに垂直な平坦部９Ｅとなるように形成されている。そして、この掘削部２の上記段差部９Ａを除いた、外周部８の傾斜部８Ａ…、内周部９の傾斜部９Ｂ，９Ｄおよび平坦部９Ｃ，９Ｅには、超硬合金等の硬質合金よりなるボタン状のチップ１０が多数植設されていて、これらのチップ１０…によって掘削が行われる。
【０００９】
また、この内周部９の上記傾斜部９Ｂから外周部８を渡って掘削部２の外周にかけては、軸線Ｏから放射状に複数条（本実施形態では３条）の凹溝１１Ａ…が周方向に等間隔に形成されるとともに、これらの凹溝１１Ａ…の間には、内周部９の上記平坦面９Ｃの外周縁からやはり掘削部２の外周にかけて、凹溝１１Ａ…と同数の複数条（やはり本実施形態では３条）の凹溝１１Ｂ…が、周方向に凹溝１１Ａ…と交互かつ等間隔になるように放射状に形成されている。さらに、この掘削部２の外周には、これら凹溝１１Ａ…，１１Ｂ…の外周端にそれぞれ連通するようにして、軸線Ｏに平行に後端側に延びる複数条（本実施形態では６条）の凹溝１２…が周方向に等間隔に形成されており、掘削時に掘削部２によって生成されたくり粉（ズリ）が、上記凹溝１１Ａ…，１１Ｂ…から凹溝１２…を介して後端側に排出されるようになされている。さらにまた、当該ビット本体１の上記取付部３から掘削部２にかけては、軸線Ｏに沿って噴出孔１３が形成されており、この噴出孔１３は掘削部２内において３つに分岐してそれぞれ上記凹溝１１Ａ…の内周側に開口させられており、上記ハンマー７側からフットバルブ１４を介して供給される圧縮空気が、この噴出孔１３から掘削部２の先端側に噴出されて、上記くり粉を効率的に排出可能とされている。
【００１０】
従って、このように構成された掘削ビットにおいては、その掘削部２の内周部９が外周部８よりも上記突出量ｔだけ先端側に突出しているため、掘削の際にはまずこの内周部９が先行して削孔を形成し、これによって崩落しやすくなった地盤を後続する外周部８が直ぐに崩して掘削するとともに、先行する内周部９が掘削する地盤も掘削しやすくしてゆくような形態となる。しかも、シャンク部４の後端面４Ａに与えられるハンマー７からの打撃力は、掘削部２においてその内周部９に集中するように伝播するから、上記構成の掘削ビットによれば効率的な掘削を行うことが可能となる。その一方で、掘削量が多くなる外周部８では、そのチップ１０…に作用する負荷の低減を図ることができて摩耗等による損耗を抑えることができるので、内周部９のチップ１０…との寿命の均一化を図って、掘削部２に植設されたすべてのチップ１０…が均等に摩耗するまで当該掘削ビットの寿命を延長することができる。
【００１１】
さらに、この内周部９の突出量ｔは、掘削部２のゲージ径Ｇに対してｔ＝０．０２×Ｇ〜０．０７×Ｇの範囲とされており、上述のような効率的な掘削を図りつつも、確実にチップ１０…の損耗等を均一化することができる。すなわち、この突出量ｔがゲージ径Ｇに対して０．０２×Ｇを下回るほど小さいと、掘削部２の内外周部９，８が平坦に近くなり、上述の内周部９による先行掘削によって外周部８の損耗を十分に抑制することができなくなり、逆に突出量ｔが０．０７×Ｇを上回るほど大きいと、内周部９だけがその外径Ｈに応じた径の削孔を形成するのと変わらなくなり、この内周部９においてチップ１０の損耗が著しくなって却ってビット寿命が損なわれるおそれがある。
【００１２】
また、本実施形態では、この突出する内周部９の外径Ｈが上記ゲージ径Ｇに対して０．５０×Ｇ〜０．８０×Ｇの範囲とされており、これによっても効率的な掘削とチップ１０…の損耗の均一化とを図ることができる。すなわち、この内周部９の外径Ｈがゲージ径Ｇに対して０．５０×Ｇを下回るほど小さいと、この内周部９によって先行掘削される削孔の径も小さくなって地盤が崩落しやすくなる部分も小さくなり、外周部８の特に掘削量が多い外周側のチップ１０…の損耗を確実に抑えることができなくなるおそれがある一方、逆に外径Ｈがゲージ径Ｇに対して０．８０×Ｇを上回るほど大きいと、内周部９の外周側のチップ１０…のの掘削量が多くなって負荷が増大し、このチップ１０…の損耗によりビット寿命が却って短縮されてしまうおそれが生じる。
【００１３】
さらに、本実施形態では、この掘削ビットが、動力伝達手段としてのハンマー７の先端部に設けられる円筒状の嵌合部６に嵌合可能な軸状の取付部３を備えたＤＴＨビットであって、その掘削部２の突出した内周部８の上記外径Ｈが、この嵌合部６の外径Ｄとも略等しくされている。しかるに、このようなＤＴＨビットでは、上記取付部３後端のシャンク部４の後端面４Ａに与えられる打撃力は、取付部３が軸状であってその長さが長く、またビット本体１が先端側に向けて拡径していることとも相俟って、先端側に向けて外周側に拡散しながら伝播することとなり、掘削部２の先端面における拡散範囲は、取付部３が嵌合したハンマー７の嵌合部６の外径Ｄと概ね等しくなる。従って、このハンマー７の嵌合部６の外径Ｄに合わせて突出する内周部９の外径Ｈを設定することにより、上記打撃力を有効に先行掘削に利用して一層効率的な掘削を図ることができるのである。ただし、この内周部９の外径Ｈは、厳密に嵌合部６の外径Ｄと等しくされる必要はなく、例えば外径Ｈが外径Ｄに対して０．７×Ｄ〜１．３×Ｄの範囲内にあればよい。
【００１４】
次に、図３ないし図５は、本発明を、図示されない動力伝達手段としての掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削ビットに適用した場合の一実施形態を示すものである。本実施形態において、そのビット本体２１は軸線Ｏを中心とした外形略有底円筒状をなしていて、このビット本体２１の後端側の円筒部分の内周部は上記掘削ロッドの先端部が取り付けられる取付穴２２とされて本実施形態における取付部とされており、この取付穴２２の内周面には、上記掘削ロッドの先端外周部に形成される雄ねじ部に螺合する雌ねじ部２３が形成されて掘削ロッドから回転力が与えられるるとともに、取付穴２２の穴底部２４は本実施形態における当接部とされて軸線Ｏに垂直な平坦面とされ、この穴底部２４に掘削ロッドの先端面が当接させられて軸線Ｏ方向先端側への打撃力が与えられる。
【００１５】
一方、こうして掘削ロッド先端に取り付けられた状態で先端側（図３および図５において右側）を向く上記有底円筒の底部は掘削部２５とされ、その外周面が先端側に向かうに従い漸次拡径するように形成されるとともに、先端面は、その外周部２６が内周側に向かうに従い先端側に向けて隆起する円錐面状の傾斜部とされ、かつ内周部２７は、この外周部から一段突出する段差部２７Ａと、この段差部２７Ａの先端から内周側に向かうに従い先端側に隆起するやはり円錐面状の傾斜部２７Ｂと、この傾斜部２７Ｂの内周側にあって軸線Ｏに垂直とされた平坦部２７Ｃとからビット本体２１に一体に形成されていて、これら外周部２６がなす傾斜部と内周部２７の傾斜部２７Ｂおよび平坦部２７Ｃには超硬合金等の硬質材料よりなる複数のボタン状のチップ２８…が植設されており、上記段差部２７Ａによる内周部２７の突出量ｔは、掘削部２５のゲージ径Ｇに対して０．０２×Ｇ〜０．０７×Ｇの範囲とされている。また、掘削部２５の内周部２７の外径Ｈはゲージ径Ｇに対して０．５０×Ｇ〜０．８０×Ｇの範囲とされ、かつ上記取付穴２２の穴底部２４の径ｄと略等しくされている。
【００１６】
なお、本実施形態でも、掘削部２５の先端面には内周部２７の上記平坦面２７Ｃから当該掘削部２５の外周にかけて複数条（３条）の凹溝２９Ａ…が軸線Ｏに対して放射状に周方向に等間隔に形成されるとともに、これらの凹溝２９Ａ…の間には、内周部２７の上記傾斜部２７Ｂから掘削部２５の外周面にかけて延びる複数条（３条）の凹溝２９Ｂ…が周方向に凹溝２９Ａ…と交互かつ等間隔に軸線Ｏに対して放射状に形成されている。さらに、掘削部２５の外周には、上記凹溝２９Ａ…に先端が連通して軸線Ｏに平行に延びる凹溝２９Ｃ…が凹溝２９Ｂ…の間に周方向に交互に形成される一方、取付穴２２の穴底部２４から先端側に向けては、軸線Ｏに沿って噴射孔３０が形成され、この噴射孔３０は先端側で分岐して、上記凹溝２９Ａ…の内周側と上記凹溝２９Ｂ…の軸線Ｏ方向中央部に開口させられて、上記掘削ロッドを介して供給される圧縮空気を掘削部２５の先端側へ噴出可能とされている。
【００１７】
従って、このように構成された掘削ビットにおいても、掘削部２５の内周部２７が外周部２６よりも突出量ｔ分先端側に一段突出していることにより、効率的な掘削が図られるとともに、これら内外周部２７，２６でのチップ２８…の損耗の均一化を促してビット寿命を延長することができる。なお、本実施形態では、この掘削部２５の突出した内周部２７の外径Ｈが、取付穴２２の掘削ロッド先端が当接する穴底部２４の径ｄと略等しくされているが、これは、このように取付部が取付穴２２とされて、その穴底部２４に当接した掘削ロッドから動力（打撃力）が伝えられる掘削ビットでは、この打撃力が拡散することなく直接的に掘削部２５の内周部２７に集中して伝播されるからである。ただし、この場合でも、上記外径Ｈは径ｄに、厳密に等しくされる必要はなく、この穴底部２４の径ｄすなわち掘削ロッド先端部に当接する当接部の径に対し、０．７×ｄ〜１．３×ｄの範囲とされればよい。また、このように動力伝達手段としての掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削ビットにおいては、上記実施形態とは逆に、掘削ロッドの先端部に取付穴が形成されてその内周部に雌ねじ部が形成されるとともに、掘削ビットの後端部は軸状の取付部とされてその外周に雄ねじ部が形成され、これら雌雄ねじ部を螺合させて掘削ロッド先端部に取り付けられるものもあり、本発明はそのようなものにも適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、掘削部のゲージ径Ｇに対して所定の突出量ｔで先端側に一段突出した内周部が先行して掘削を行った後を外周部によって掘削するため、効率的な掘削を行うことができるとともに、外周部と内周部とで損耗の均一化を図ってビット寿命の延長を促すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明をＤＴＨビットに適用した場合の一実施形態を示す側面図である。
【図２】  図１の実施形態を先端側からみた正面図である。
【図３】  本発明を掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削ビットに適用した場合の一実施形態を示す側面図である。
【図４】  図３に示す実施形態を先端側からみた正面図である。
【図５】  図３に示す実施形態の側断面図である。
【符号の説明】
１，２１  ビット本体
２，２５  掘削部
３  取付部
６  嵌合部
７  ハンマー（動力伝達手段）
８，２６  掘削部２，２５の外周部
９，２７  掘削部２，２５の内周部
１０，２８  チップ
２２  取付穴（取付部）
２４  取付部２２の穴底部
Ｏ  ビット本体１，２１の軸線
Ｇ  ゲージ径
Ｈ  内周部９，２７の外径
Ｄ  ハンマー７の嵌合部６の外径
ｄ  穴底部２４の径
ｔ  内周部９，２７の突出量
【図１】
0004061849.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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