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技術 掘削チップおよび掘削ビット

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 アフマディエコワルドヨ松尾俊彦桜沢稚晃
出願日 2016年1月13日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-004695
公開日 2016年7月28日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2016-135983
状態 特許登録済
技術分野 地中削孔
主要キーワード チップ中心線 円錐台面状 低硬度層 ゲージ面 C粒子 回転圧力 高硬度層 添加物粒子
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年7月28日)のものです。
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図面 (4)

課題

硬質層が有する高い耐摩耗性を十分に生かした長寿命掘削チップを提供する。

解決手段

本発明の掘削チップでは、掘削チップのチップ本体が、円柱状または円板状をなす後端部と、後端部よりも外径の小さな中間部と、先端側に向かうに従いチップ中心線からの外径が漸次小さくなる先端部とを有し、硬質層がチップ本体の先端部表面から中間部の外周にかけて被覆されていて、中間部における硬質層の外径が後端部の外径と等しくされている。

概要

背景

このような掘削チップとしては、超硬合金よりなるチップ本体の先端部に、このチップ本体よりも硬質多結晶ダイヤモンド焼結体よりなる硬質層被覆されたものが知られている。ここで、特許文献1には、円柱状の後端部と半球状をなして先端側に向かうに従い外径が小さくなる先端部とを有するチップ本体の上記先端部に、このような硬質層を被覆した掘削チップ、およびこのような掘削チップを、チップ本体の上記後端部がビット本体先端部に形成された取付孔埋没するようにして取り付けた掘削ビットが提案されている。また、特許文献2には、このような多結晶ダイヤモンド焼結体の製造方法が記載されており、さらに特許文献3、4には製造装置が記載されている。

概要

硬質層が有する高い耐摩耗性を十分に生かした長寿命の掘削チップを提供する。本発明の掘削チップでは、掘削チップのチップ本体が、円柱状または円板状をなす後端部と、後端部よりも外径の小さな中間部と、先端側に向かうに従いチップ中心線からの外径が漸次小さくなる先端部とを有し、硬質層がチップ本体の先端部表面から中間部の外周にかけて被覆されていて、中間部における硬質層の外径が後端部の外径と等しくされている。

目的

本発明は、このような背景の下になされたもので、チップ本体後端部の外径が取付孔の内径よりも大きく形成されていた場合に掘削チップの外周を研磨しても、掘削ビットの先端面から露出する部分においてチップ本体の表面が剥き出しとなることがなく、硬質層が有する高い耐摩耗性を十分に生かした長寿命の掘削チップを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

掘削ビットの先端部に取り付けられて掘削を行う掘削チップであって、チップ本体と、このチップ本体を被覆する該チップ本体よりも硬質ダイヤモンド焼結体よりなる硬質層とを備え、上記チップ本体は、チップ中心線を中心とした円柱状または円板状をなす後端部と、この後端部に対し上記チップ中心線方向における先端側に位置する該後端部よりも外径の小さな中間部と、この中間部に対しさらに上記チップ中心線方向における先端側に位置して先端側に向かうに従い上記チップ中心線からの外径が漸次小さくなる先端部とを有し、上記硬質層は、上記チップ本体の上記先端部表面から上記中間部の外周にかけて被覆されていて、この中間部における上記硬質層の外径が上記チップ本体の後端部の外径と等しくされていることを特徴とする掘削チップ。

請求項2

上記中間部は、上記後端部よりも外径の小さな上記チップ中心線を中心とした円柱状または円板状をなしていることを特徴とする請求項1に記載の掘削チップ。

請求項3

上記中間部の外周に被覆された上記硬質層の上記チップ中心線方向における幅が1mm〜5mmの範囲内とされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の掘削チップ。

請求項4

上記中間部の外周に被覆された上記硬質層の層厚が300μm〜1200μmの範囲内とされていることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の掘削チップ。

請求項5

請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の掘削チップがビット本体の先端部に取り付けられた掘削ビットであって、上記ビット本体の先端部には取付孔が形成されており、上記掘削チップは、上記チップ本体の後端部と、上記中間部のうち上記硬質層により被覆された部分の少なくとも一部とを上記取付孔内に埋没させて取り付けられていることを特徴とする掘削ビット。

請求項6

上記中間部に被覆された上記硬質層のうち上記取付孔内に埋没した部分の上記チップ中心線方向における幅が0.5mm〜4.5mmであることを特徴とする請求項5に記載の掘削ビット。

請求項7

上記中間部に被覆された上記硬質層のうち上記取付孔内に埋没していない部分の上記チップ中心線方向における幅が0.5mm〜1.0mmであることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の掘削ビット。

技術分野

0001

本発明は、掘削ビットの先端部に取り付けられて掘削を行う掘削チップ、およびこのような掘削チップが先端部に取り付けられた掘削ビットに関する。

背景技術

0002

このような掘削チップとしては、超硬合金よりなるチップ本体の先端部に、このチップ本体よりも硬質多結晶ダイヤモンド焼結体よりなる硬質層被覆されたものが知られている。ここで、特許文献1には、円柱状の後端部と半球状をなして先端側に向かうに従い外径が小さくなる先端部とを有するチップ本体の上記先端部に、このような硬質層を被覆した掘削チップ、およびこのような掘削チップを、チップ本体の上記後端部がビット本体先端部に形成された取付孔埋没するようにして取り付けた掘削ビットが提案されている。また、特許文献2には、このような多結晶ダイヤモンド焼結体の製造方法が記載されており、さらに特許文献3、4には製造装置が記載されている。

先行技術

0003

米国特許第5575342号明細書
米国特許第3141746号明細書
米国特許第3913280号明細書
米国特許第3745623号明細書

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、この特許文献1にも図示されているように、上述のような多結晶ダイヤモンド焼結体よりなる硬質層が被覆された掘削チップでは、この硬質層の厚さが、チップ本体の後端部がなす円柱の中心線上に位置する先端部の突端で厚く、この突端から先端部の外周側に向かうに従い薄くなるのが、このような掘削チップの製法上一般的である。ところが、その一方で、このような掘削チップを掘削ビットに取り付ける際に、チップ本体の後端部の外径が上記取付孔の内径よりも大きく形成されていた場合には、この後端部を取付孔に埋没させるために、掘削チップの外周を研磨することも一般的である。

0005

しかしながら、そのように研磨した掘削チップでは、チップ本体先端部の外周において硬質層の厚さの薄い部分までが研磨されて硬質層が除去されてしまい、超硬合金よりなるチップ本体の表面が剥き出しとなってしまうおそれがある。そして、このような掘削チップを、チップ本体後端部が取付孔に埋没するように掘削ビットのビット本体に取り付けると、硬質層に被覆された部分だけでなく、上述のようにチップ本体表面が剥き出しとなった先端部の外周がビット本体の先端面から露出した状態となってしまう。

0006

従って、そのような掘削チップを取り付けた掘削ビットによって掘削を行うと、掘削時に発生する破砕屑との接触により、剥き出しとなってビット本体先端面から露出したチップ本体先端部外周の表面が硬質層よりも先に摩耗してえぐれてしまい、場合によっては先端部の内周側の表面には硬質層が残ったまま、掘削チップの先端部が折損してしまう結果となる。このため、高硬度で高価な多結晶ダイヤモンド焼結体よりなる硬質層の高い耐摩耗性を十分に発揮することができないまま、掘削チップが短時間で寿命に達する。

0007

本発明は、このような背景の下になされたもので、チップ本体後端部の外径が取付孔の内径よりも大きく形成されていた場合に掘削チップの外周を研磨しても、掘削ビットの先端面から露出する部分においてチップ本体の表面が剥き出しとなることがなく、硬質層が有する高い耐摩耗性を十分に生かした長寿命の掘削チップを提供するとともに、このような掘削チップを取り付けた、やはり寿命が長くて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している。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の掘削チップは、掘削ビットの先端部に取り付けられて掘削を行う掘削チップであって、チップ本体と、このチップ本体を被覆する該チップ本体よりも硬質なダイヤモンド焼結体よりなる硬質層とを備え、上記チップ本体は、チップ中心線を中心とした円柱状または円板状をなす後端部と、この後端部に対し上記チップ中心線方向における先端側に位置する該後端部よりも外径の小さな中間部と、この中間部に対しさらに上記チップ中心線方向における先端側に位置して先端側に向かうに従い上記チップ中心線からの外径が漸次小さくなる先端部とを有し、上記硬質層は、上記チップ本体の上記先端部表面から上記中間部の外周にかけて被覆されていて、この中間部における上記硬質層の外径が上記チップ本体の後端部の外径と等しくされていることを特徴とする。

0009

また、本発明の掘削ビットは、このような掘削チップがビット本体の先端部に取り付けられた掘削ビットであって、上記ビット本体の先端部には取付孔が形成されており、上記掘削チップは、上記チップ本体の後端部と、上記中間部のうち上記硬質層により被覆された部分の少なくとも一部とを上記取付孔内に埋没させて取り付けられていることを特徴とする。

0010

本発明の掘削チップにおいては、チップ本体の円柱状または円板状の後端部と先端側に向かうに従い外径が小さくなる先端部との間に、後端部よりは外径が小さな中間部が備えられており、先端部はこの中間部から先端側に向かうに従い外径が漸次小さくなる。そして、硬質層は、この先端部から中間部の外周にかけて被覆されていて、この中間部における硬質層の外径がチップ本体の後端部の外径と等しくされているので、チップ本体後端部の外径が取付孔の内径よりも大きい場合に掘削チップの外周を研磨したときでも、後端部と中間部との外径の差の厚さの硬質層が中間部の外周に被覆されたまま残される。

0011

従って、本発明の掘削ビットのように、このような掘削チップを、チップ本体の後端部と、上記中間部のうち上記硬質層により被覆された部分の少なくとも一部とを取付孔内に埋没させて取り付けることにより、硬質層よりは低硬度のチップ本体の表面が剥き出しとなってビット本体の先端面から露出してしまうのを防ぐことができ、剥き出しとなったチップ本体表面から破砕屑との接触によって摩耗が進行して掘削チップの先端部が折損するような事態を防止することができる。このため、ダイヤモンド焼結体よりなる硬質層の耐摩耗性を十分に発揮して寿命の長い掘削チップおよび掘削ビットを提供し、効率的な掘削を行うことが可能となる。

0012

ここで、上記中間部は、後端部よりも外径が小さければ、先端側に向かうに従い外径が小さくなる例えば円錐台状のものであったり、また先端部が半球状の場合にはこの先端部に滑らかに連なる外周面曲面状のものであったりしてもよい。一方、後端部と同様に上記チップ中心線を中心とした円柱状または円板状とすることにより、硬質層が被覆された状態における硬質層のチップ中心線に垂直な径方向層厚を該チップ中心線方向に亙って一定とすることができる。このため、掘削ビットにおいて、この中間部のうち硬質層により被覆された部分がどこまで取付孔に埋没していても、ビット本体先端面から露出した部分の掘削チップに十分な耐摩耗性を確保することができる。したがって、上記中間部は、上記後端部よりも外径の小さな上記チップ中心線を中心とした円柱状または円板状をなしていることが好ましい。

0013

なお、上記中間部の外周に被覆された上記硬質層の上記チップ中心線方向における幅は1mm〜5mmの範囲内とされるのが望ましい。この幅が1mm未満であると、掘削チップが取付孔に浅く埋没して取り付けられた場合や取付孔の開口部が掘削中に摩耗した場合にチップ本体の表面が剥き出しとなってしまうおそれがある。その一方で、この硬質層の幅が5mmを上回ると、掘削チップの外径が取付孔の内径より大きかった場合、所定の外径に研磨するのに多くの時間と労力を要する。さらに、上記中間部の外周に被覆された上記硬質層の層厚が300μm〜1200μmの範囲内とされるのが望ましい。

0014

また、上記中間部に被覆された上記硬質層のうち上記取付孔内に埋没した部分の上記チップ中心線方向における幅が0.5mm〜4.5mmであることが好ましい。さらに、上記掘削ビットにおいて、上記中間部に被覆された上記硬質層のうち上記取付孔内に埋没していない部分の上記チップ中心線方向における幅が0.5mm〜1.0mmであることが好ましい。

発明の効果

0015

以上説明したように、本発明によれば、掘削チップを掘削ビットの先端面に取り付けたときに、掘削ビットの先端面から露出する部分において低高度のチップ本体の表面が剥き出しとなるのを防ぐことができる。その結果、耐摩耗性の高い硬質層によって掘削チップおよび掘削ビットの寿命を延長して効率的な掘削を行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の掘削チップの一実施形態を示す断面図である(破線は、チップ本体の先端部と中間部との境界である。)。
図1に示す実施形態の掘削チップを先端部に取り付けた本発明の掘削ビットの一実施形態を示す断面図である。
図2に示す実施形態において掘削チップが取り付けられた部分を示す拡大断面図である(破線は、チップ本体の先端部と中間部との境界である。)。

0017

図1は本発明の掘削チップ1の一実施形態を示す断面図であり、図2はこの実施形態の掘削チップ1を取り付けた本発明の掘削ビットの一実施形態を示す断面図であり、図3はこの実施形態の掘削ビットにおいて掘削チップ1が取り付けられた部分を示す拡大断面図である。本実施形態の掘削チップ1は、超硬合金等の硬質材料よりなるチップ本体2と、このチップ本体2の表面を被覆する、チップ本体2よりも硬質のダイヤモンド焼結体よりなる硬質層3とを備えている。

0018

チップ本体2は、その後端部(図1および図3において下側部分)2Aがチップ中心線Cを中心とした円柱状または円板状をなしているとともに、先端部(図1および図3において上側部分)2Bは、本実施形態では後端部2Aがなす円柱または円板の半径よりも僅かに小さい半径でチップ中心線C上に中心を有する半球状をなしていて、先端側に向かうに従いチップ中心線Cからの外径が漸次小さくなるように形成されている。すなわち、本実施形態の掘削チップ1はボタンチップとされている。なお、先端部2Bのチップ中心線C方向における後端の半径は、後端部2Aの半径よりも、後述する層厚T以上小さい値とすることが好ましい。

0019

そして、これら後端部2Aと先端部2Bとの間には、後端部2Aがなす円柱または円板の外径よりも僅かに小さな外径の中間部2Cが形成されている。チップ本体2は、これら後端部2A、先端部2B、および中間部2Cが上述の超硬合金のような硬質材料によって一体に形成されている。また、チップ本体2のチップ中心線Cに垂直な断面は後端部2A、先端部2B、及び中間部2Cのいずれにおいてもチップ中心線Cを中心とする円形状となっている。

0020

ここで、本実施形態では、中間部2Cは後端部2Aと同じくチップ中心線Cを中心とした円柱状または円板状をなしていて、後端部2Aと同軸で外径が小さくなるように形成されている。後端部2Aと中間部2Cとの境界位置に相当する後端部2Aの上端部には、チップ中心線Cの先端側(図1、3の上側)を向く環状の平面であるテーブル面2Dが形成されている。このようなテーブル面2Dを設けることにより、中間部2C全体に亘って十分な層厚の硬質層3を形成できる。なお、テーブル面はチップ中心線Cに垂直な面とする必要はなく、例えば、径方向に対し0〜45°(好ましくは0〜30°)傾斜していても良い。また、テーブル面2Dと中間部2Cの外周面とが曲面や傾斜面によって接続されていても良い。言い換えると、チップ本体2のチップ中心線Cを通る断面において、テーブル面2Dの内周端と中間部2Cの外周面の後端とが直角に接続している必要はなく、円弧や直線等により接続されていても良い。さらに、チップ本体2のチップ中心線Cを通る断面において、後端部2Aの外周面の先端と中間部の外周面の後端とが凹曲線により接続されていても良い。すなわち、テーブル面2Dが環状の曲面であっても良い。

0021

さらに、本実施形態では、先端部2Bがなす半球の半径は中間部2Cがなす円柱または円板の半径と等しくされていて、先端部2Bの表面がなす半球面は中間部2Cの外周面がなす円筒面に滑らかに連なるように形成されている。

0022

このようなチップ本体2の表面に被覆される上記硬質層3は、先端部2Bから中間部2Cの外周にかけて、先端部2Bの表面がなす半球面と、中間部2Cの外周面がなす円筒面だけに被覆されており、後端部2Aの外周面やチップ本体2の後端面には被覆されていない。本実施形態では、中間部2Cの外周面の全面に亙って硬質層3が被覆されている。そして、この硬質層3は、中間部2Cの外周面に被覆された部分の該硬質層3表面のチップ中心線Cからの半径が、後端部2Aの外周面のチップ中心線Cからの半径と等しくされている。すなわち、中間部2Cにおける硬質層3の外径がチップ本体2の後端部2Aの外径と等しくされている。

0023

なお、硬質層3は、そのダイヤモンド焼結体を構成するダイヤモンド粒子粒径粒径ごと含有量バインダー金属組成や含有量、あるいはダイヤモンド粒子以外の添加粒子の組成や含有量が1種とされた単層の硬質層でもよく、またはこれらの要素が異なる図1および図3に示したような2層の硬質層、もしくは3層以上の多層構造の硬質層であってもよい。なお、硬質層3が複数層で構成される場合は、図1、3に示すように、先端部2Bを被覆する最外層と中間部を被覆する最外層とが一つの層で構成されることが好ましい。このような硬質層3がチップ本体2に被覆された掘削チップ1の焼結は、基本的にダイヤモンド安定領域で行われ、特許文献2に記載されたような公知の焼結方法、特許文献3、4に記載された装置によって可能である。

0024

ただし、硬質層3による高い耐摩耗性とダイヤモンド焼結体の応力緩和を図るため、硬質層3の最外層はその内側に隣接する層よりも硬度が高く、すなわち、この内側に隣接する層は最外層よりも低硬度であるのが望ましい。また、このような硬質層3は、上述した通り先端部2Bのチップ中心線C上の突端で層厚が厚く、この突端から先端部2Bの外周側に向かうに従い層厚が薄くなる。

0025

このような掘削チップ1が先端部に取り付けられる掘削ビットは、鋼材等により形成されて図2に示すように軸線Oを中心とした概略有底円筒状をなすビット本体11を有し、その有底部が先端部(図2において上側部分)とされて掘削チップ1が取り付けられる。
また、円筒状の後端部(図2において下側部分)の内周には雌ネジ部12が形成されている。掘削装置に連結された掘削ロッドがこの雌ネジ部12にねじ込まれて軸線O方向先端側に向けての打撃力推力、および軸線O回りの回転力が伝達されることにより、掘削チップ1によって岩盤破砕して掘削孔を形成する。

0026

ビット本体11の先端部は後端部よりも僅かに外径が大径とされており、この先端部の外周には軸線Oに平行に延びる排出溝13が周方向に間隔をあけて複数条形成されている。上記掘削チップ1により岩盤が破砕されて生成された破砕屑は、この排出溝13を通して後端側に排出される。また、有底とされたビット本体11の雌ネジ部12底面からは軸線Oに沿ってブロー孔14が形成されている。このブロー孔14は、ビット本体11の先端部において斜めに分岐してビット本体11の先端面に開口し、上記掘削ロッドを介して供給される圧縮空気のような流体噴出して破砕屑の排出を促進する。

0027

さらに、ビット本体11の先端面は、内周側の軸線Oに垂直な軸線Oを中心とした円形のフェイス面15と、このフェイス面15の外周に位置して外周側に向かうに従い後端側に向かう円錐台面状ゲージ面16とを備えている。ブロー孔14はフェイス面15に開口するとともに、排出溝13の先端はゲージ面16に開口している。さらにまた、これらフェイス面15とゲージ面16には、それぞれブロー孔14と排出溝13の開口部を避けるようにして、断面円形の複数の取付孔17がフェイス面15とゲージ面16に対して垂直に形成されている。

0028

そして、このような取付孔17に、上記掘削チップ1は、図3に示すようにチップ本体2の後端部2Aと、中間部2Cのうち硬質層3によって被覆された部分の後端部2A側の少なくとも一部とを取付孔17内に埋没させた状態で、これらが圧入や焼き嵌め等によって締まり嵌めされたり、ロウ付けされたりすることにより掘削チップ1が取付孔17に固定される。すなわち掘削チップ1は取付孔17に埋設されて取り付けられる。

0029

従って、中間部2Cの先端部2B側の残りの部分と先端部2Bとは、ビット本体11の先端面、すなわち上記フェイス面15とゲージ面16からそれぞれ突出させられており、さらに上記チップ中心線Cはフェイス面15とゲージ面16に垂直とされる。ここで、図3では中間部2Cの一部が取付孔17内に埋没しているが、中間部2Cの全部を埋没させてもよい。

0030

このように、上記構成の掘削チップ1および該掘削チップ1を先端部に取り付けた掘削ビットにおいては、掘削チップ1のチップ本体2の大径となる後端部2Aの先端側に、この後端部2Aよりも小径な中間部2Cが設けられ、この中間部2Cのさらに先端側に、チップ中心線Cからの外径が小さくなって掘削を行う先端部2Bが設けられていて、この先端部2Bと中間部2Cの表面に硬質層3が被覆され、中間部2C外周の硬質層3の外径は後端部2Aと等しくされている。

0031

このため、掘削チップ1の外径が取付孔17の内径よりも大きかった場合に、掘削チップ1のチップ本体2における後端部2Aの外周面と中間部2C外周の硬質層3の表面を研磨しても、研磨代が後端部2Aと中間部2Cとの外径差、すなわち中間部2C外周の硬質層3の層厚の範囲内であれば、硬質層3が中間部2Cの外周に残される。これは、焼結した掘削チップ1の外径がそのまま取付孔17内に埋没可能で、研磨を施さない場合でも同様である。

0032

従って、こうして掘削チップ1の外周を研磨しても、ビット本体11の取付孔17にチップ本体2の後端部2Aと中間部2Cの少なくとも一部とを埋没させた状態では、図3に示したように掘削チップ1は硬質層3によって被覆された部分だけがビット本体11の先端面であるフェイス面15やゲージ面16から露出し、硬質層3よりも低硬度の超硬合金等からなるチップ本体2の表面が剥き出しとなることがない。

0033

このため、掘削中の破砕屑との直接的な接触によってチップ本体2の先端部2Bの後端側部分や中間部2Cの先端側部分が摩耗してえぐれるのを防ぎ、掘削チップ1が硬質層を残したまま折損するような事態を防止することができる。従って、上記構成の掘削チップ1および掘削ビットによれば、硬質層3の耐摩耗性を十分に発揮して長期の掘削が可能となり、効率的かつ経済掘削作業を行うことが可能となる。

0034

なお、中間部2Cに被覆された硬質層3のうち取付孔17内に埋没した部分のチップ中心線C方向における幅Sが0.5mm〜4.5mmであることが好ましい。幅Sを0.5mm以上とすることにより、掘削中にフェイス面15又はゲージ面16の取付孔17の開口部の周辺掘削屑等により摩耗して、掘削チップ1の埋没していた部分が露出しても、硬質層3が露出するので、チップ本体2の表面が剥き出しになることがない。そのため、掘削チップ1が折損することを防止できるので、先端部2Bを被覆する硬質層3の耐摩耗性を十分に発揮して長期の掘削が可能となる。一方、幅Sが4.5mmを超えると、硬質層3の領域が増加し、掘削チップ1の外周を研磨する場合に多くの時間と労力を要するので好ましくない。

0035

また、中間部2Cに被覆された硬質層3のうち、取付孔17内に埋没していない部分のチップ中心線方向における幅L(当該硬質層3のフェイス面15およびゲージ面16から先端部2Bと中間部2Cとの境界までの突き出し長さ)は0.5mm〜1.0mmであることが好ましい。幅Lを0.5mm以上とすることで、掘削チップ1は硬質層3によって被覆された部分だけがビット本体11の先端面であるフェイス面15やゲージ面16から露出し、硬質層3よりも低硬度の超硬合金等からなるチップ本体2の表面が剥き出しとなることがない。そのため、掘削チップ1が折損することを防止できるので、先端部2Bを被覆する硬質層3の耐摩耗性を十分に発揮して長期の掘削が可能となる。一方、幅Lが1.0mmを超えると、硬質層3の領域が増加し、掘削チップ1の外周を研磨する場合に多くの時間と労力を要するので好ましくない。

0036

また、本実施形態の掘削チップ1では、チップ本体2の中間部2Cが、後端部2Aがなす円柱または円板の中心線であるチップ中心線Cを中心とした円柱状または円板状とされていて、これら後端部2Aと中間部2Cとが同軸でチップ本体2の先端側に向けて一段縮径する多段円柱状あるいは多段円板状をなしている。このため、中間部2Cの外周における硬質層3の層厚をチップ中心線C方向に一定とすることができるので、掘削チップ1が取付孔17内のどの位置まで埋没していても、チップ本体2の中間部2Cがフェイス面15やゲージ面16から突出している部分では、その外周の硬質層3の層厚を一定とすることができ、この部分における耐摩耗性を十分に確保することが可能となる。

0037

ただし、このように中間部2Cを円柱状または円板状に形成することなく、例えば先端側に向かうに従い外径が漸次小さくなるチップ中心線Cを中心とした円錐台状に形成したり、あるいは同様に先端側に向かうに従い外径が漸次小さくなるにしてもチップ中心線Cに沿った外周面の断面が凸曲線状や凹曲線状をなすような形状であってもよい。これらの場合でも、硬質層3の層厚は先端側に向かうに従い厚くなるので、チップ本体2の中間部2Cがフェイス面15やゲージ面16から突出している部分における硬質層3の耐摩耗性を十分に確保することができる。

0038

なお、こうして中間部2Cの外周に被覆された硬質層3の図1に符号Wで示すチップ中心線C方向における幅(本実施形態では、図1および図3に破線で示す先端部2Bと中間部2Cとの境界と、後端部2Aと中間部2Cとの境界との間の、中間部2Cのチップ中心線C方向の幅)が小さすぎると、掘削チップ1が取付孔17に浅く埋没して取り付けられたり、あるいはビット本体11における取付孔17の開口部周辺が掘削中に摩耗したりした場合に、チップ本体2の表面が剥き出しとなってしまうおそれがある(上記幅Sが十分に確保できないおそれがある)。その一方で、この硬質層3の幅Wが大きすぎると、掘削チップ1の外周を研磨する場合に多くの時間と労力を要する。そのため、この幅Wは1mm〜5mmの範囲内とされるのが望ましく、2.0mm〜4.0mmの範囲内とされることがより望ましい。

0039

また、同じく図1に符号Tで示す中間部2Cの外周における硬質層3の層厚は、300μm〜1200μmの範囲内とされるのが望ましく、500μm〜1000μmの範囲内とされるのがより望ましい。この層厚Tが300μmを下回るほど薄いと、如何に硬質層3を被覆していても掘削チップ1に十分な寿命を与えることができなくなるおそれがある。その一方で、硬質層3の層厚Tが1200μmを上回るほど厚すぎると、取付孔17内に埋没して摩耗の防止や掘削に寄与しない部分に占める硬質層3の体積が大きくなり、非経済的である。なお、中間部2Cに形成される硬質層3全体において、その層厚Tが上記の望ましい範囲内となることが好ましい。

0040

ここで、チップ中心線C方向における中間部2Cと後端部2Aとの境界である中間部2Cの後端の位置、および中間部2Cと先端部2Bとの境界である中間部2Cの先端の位置は、次のように特定される。後端部2Aの下端面の直径をαとした場合、αの93.3%より小さい直径を有する部分の最後端を中間部2Cと後端部2Aとの境界(中間部2Cの後端)とする。そして、中間部2Cの後端の直径をβ(β≦α×0.933)とした場合、直径がβの91.1%となる部分を中間部2Cと先端部2Bとの境界(中間部2Cの先端)とする。すなわち、先端部2Bの後端の直径γはγ=β×0.911となる。

0041

また、チップ中心線C方向におけるチップ本体2の全長Hに対する先端部2Bの先端から中間部2Cの後端までの長さhの比h/Hを0.45〜0.80とすることが好ましく、0.50〜0.75とすることがより好ましい。h/Hをこの範囲に設定することにより、上述の効果をより確実に奏することができる。

0042

なお、本実施形態の掘削チップ1では、上述のようにチップ本体2の先端部2Bが半球状をなすボタンタイプの掘削チップに本発明を適用した場合について説明したが、チップ本体の先端部が砲弾状をなす、いわゆるバリスティックタイプの掘削チップや、先端部の後端側が円錐面状をなして先端側に向かうに従い縮径するとともに、その先端がチップ本体の円柱状の後端部よりも小さな半径の球面状をなす、いわゆるスパイクタイプの掘削チップに本発明を適用することも可能である。

0043

次に、本発明の掘削チップおよび掘削ビットにおいて、上述した実施形態における硬質層3の幅Wの相違による効果の差について、実施例を挙げて実証する。本実施例では、表1に示す、上記実施形態における硬質層3の幅W(中間層2Cの幅に相当)と、硬質層の厚さTと、フェイス面15およびゲージ面16から先端部2Bと中間部2Cとの境界までの突き出し長さ(中間部2Cの突き出し長さ)Lとを備える6種の掘削チップ1を製造した。この掘削チップ1を、ビット本体11の先端部に形成した取付孔17にチップ本体2の後端部2Aと中間部2Cとを埋没させて取り付けた6つの掘削ビットを製造した。これらを実施例1〜6とする。また、これら実施例1〜6に対する比較例として、幅Wが0mmのもの、すなわちチップ本体が後端部よりも小径の中間部を備えずに後端部と同径の半径を有する半球状の先端部が後端部の先端側に直接形成されたものと、上記幅Wが0.5mmのものも製造した。これらを比較例1、2とする。さらに、実施例1と同様の掘削チップにおいて、中間部2Cの外周における硬質層3の厚さTのみを変更した2種類の掘削ビットを製造した。これらを比較例3、4とする。また、実施例2と同様の掘削チップにおいて、中間部2Cの突き出し長さLを変更した2種類の掘削ビットを製造した。これらを比較例5、6とする。

0044

なお、これら実施例1〜6および比較例1〜6の掘削ビットに取り付けた各掘削チップは、先端部2Bに被覆された硬質層3の外径がチップ本体2の後端部2Aがなす円柱または円板の外径と等しい直径の半球状をなすボタンタイプの掘削チップであり、この直径は11mmであった。チップ本体2の中間部2Cの外周における硬質層3の厚さTを、実施例1〜3、比較例1、2、5、6では400μm、実施例4では350μm、実施例5では1100μm、実施例6では600μm、比較例3では150μm、比較例4では1500μmとした。図1に符号Pで示す先端部2Bの突端におけるチップ中心線C方向の厚さを実施例1〜3、比較例1、2、5、6では1200μm、実施例4では800μm、実施例5では1150μm、実施例6では1000μm、比較例3では600μm、比較例4では1800μmとした。従って、各実施例及び比較例において、チップ本体2の後端部2Aの外径(直径)は11mm、比較例1を除いて中間部2Cの外径を10.2mm(先端部2Bを構成する半球の直径を10.2mmとした。また、後端部2Aのチップ中心線C方向の長さを7.5mmとした。

0045

また、硬質層3は図1に示したように2層構造とした。硬質層3の外層は粒径2〜4μmのダイヤモンド粒子を30vol%、粒径20〜40μmのダイヤモンド粒子を70vol%含有し、添加物粒子は含有せずにNi:100wt%の金属バインダー15vol%(粒子を含んだ層全体に対する含有率)によって形成した高硬度層とした。硬質層3の外層の平均層厚は、実施例1〜3、比較例1、2、5、6では800μm、実施例4では500μm、実施例5では900μm、実施例6では800μm、比較例3では300μm、比較例4では1600μmとした。硬質層3の内層は粒径4〜6μmのダイヤモンド粒子を60vol%、添加物粒子として粒径0.5〜2μmのTaC粒子を40vol%含有してCo:100wt%の金属バインダー10vol%によって形成した低硬度層とした。硬質層3の内層の平均層厚は、実施例1〜3、比較例1、2、5、6では200μm、実施例4では350μm、実施例5では200μm、実施例6では300μm、比較例3、4では120μmとした。なお、硬質層3の外層の平均層厚は、図1に示したようにチップ中心線Cに沿った断面における該チップ中心線C方向の層厚と、掘削チップの先端部がなす半球の中心(図1における中間部2Cと先端部2Bとの境界を示す点線とチップ中心線Cとの交点)を通りチップ中心線Cに対して30°と60°の交差角で交差する2つの直線上の位置における層厚との平均値とした。また、硬質層3の内層の平均層厚は、チップ中心線方向の層厚と、掘削チップの先端部がなす半球の中心を通りチップ中心線Cに対して30°と60°の交差角で交差する2つの直線上の位置における層厚との平均値とした。

0046

さらに、実施例1〜6および比較例1〜6の掘削ビットにおいては、このような掘削チップを、ビット径45mmのビット本体11におけるフェイス面15に2つ、ゲージ面16に5つの、合わせて7つ取り付けた。なお、図3に符号Lで示す、フェイス面15およびゲージ面16からチップ本体2の先端部2Bと中間部2Cとの境界までの突き出し長さを実施例1〜3、5および比較例2〜4では1mm、実施例4では0.5mm、実施例6では0.8mm、比較例5では3mm、比較例6では0mmとした。比較例1では、後端部2Aと先端部2Bとの境界からチップ中心線C方向に1mmだけ後端部2Aが露出するように(フェイス面15およびゲージ面16から後端部2Aと先端部2Bとの境界までの距離が1mmとなるように)、掘削チップをビット本体11に取り付けた。

0047

そして、これらの掘削ビットにより、中硬岩よりなる平均一軸圧縮強度150MPaの銅鉱山に掘削長4mの掘削孔を掘削する掘削作業を行い、掘削チップが寿命に至るまでのトータル掘削距離(m)を測定するとともに掘削終了時の掘削チップとビットの損傷形態を確認した。なお、掘削条件は、掘削装置がTAMRCK社製型番H205D、打撃圧力は160bar(16MPa)、フィード送り)圧力は80bar(8MPa)、回転圧力は55bar(5.5MPa)、ブロー孔からは水を供給してその水圧は18bar(1.8MPa)であった。この結果を表1に示す。

0048

実施例

0049

この結果より、硬質層3の幅Wが短いまたは0である比較例1、2の掘削チップを取り付けた掘削ビットでは、掘削距離の長い比較例2でも、掘削チップの根元(ビット本体の表面から突出した部分のビット本体表面側)から摩耗が生じてチップ本体2がえぐれしまい、トータル掘削距離が400mに満たず、すなわち100孔を掘削することができずに寿命に達してしまった。硬質層3の厚さTが小さい比較例3の掘削チップを取り付けた掘削ビットにおいても、掘削チップの根元から摩耗が生じ、実施例1〜6と比較してトータル掘削距離が短い結果となった。硬質層3の厚さTが大きい比較例4では、実施例1〜6と比較してトータル掘削距離が短い結果となった。中間部2Cの突き出し長さLが長い比較例5では、中間部2Cのビット本体11に埋め込まれた部分の長さ(図3のS)が短く、掘削チップの根元で折損した。また、中間部2Cの突き出し長さLが0mm、すなわち先端部2Bのみがフェイス面15およびゲージ面16から突き出した比較例6では、ビット本体11が先行して摩耗し、ビット本体11から掘削チップが外れる結果となった。
これに対して、実施例1〜6の掘削チップを取り付けた掘削ビットでは、実施例1で一部の掘削チップに折損が生じたものの、他は正常摩耗で寿命となるまで100孔以上の掘削が可能であった。実施例2、3では、硬質層3の厚さTおよび中間部2Cの突き出し長さLが同じで、硬質層3の幅Wが小さい比較例2の2〜3倍以上の寿命の延長を図ることができた。

0050

以上説明したように、本発明によれば、掘削ビットの先端面から露出する部分において低高度のチップ本体の表面が剥き出しとなるのを防ぐことができ、耐摩耗性の高い硬質層によって掘削チップおよび掘削ビットの寿命を延長して効率的な掘削を行うことが可能となる。

0051

1掘削チップ
2チップ本体
2A チップ本体2の後端部
2B チップ本体2の先端部
2C チップ本体2の中間部
2D 環状のテーブル面
3硬質層
11ビット本体
15 ビット本体11のフェイス面(先端面)
16 ビット本体11のゲージ面(先端面)
17取付孔
Cチップ中心線
O ビット本体11の軸線
W 中間部2Cの外周における硬質層3のチップ中心線C方向の幅
L 中間部2Cの外周における硬質層のうち取付孔17内に埋没していない部分のチップ中心線C方向の幅
S 中間部2Cの外周における硬質層のうち取付孔17内に埋没した部分のチップ中心線C方向の幅

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