JP4053297B2

JP4053297B2 - 研削材及びそれを用いた穿孔工法

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Publication number: JP4053297B2
Application number: JP2002017327A
Authority: JP
Inventors: 繁真崎; 剛川原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: ATE315622T1; US20020182018A1; DE60208602D1; TW587001B; EP1249481A3; KR100841950B1; CN1280517C; EP1249481A2; EP1249481B1; KR20020081063A; US6959771B2; DE60208602T2; JP2002370167A; CN1380483A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状のコアの先端にダイヤモンドチップを備えたコアビットを用いてアスファルトやコンクリート等の被削材に穿孔を行う際に用いられて好適なダイヤモンドチップの目立て材及びそれを用いた穿孔方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アスファルトやコンクリート等の被削材に穿孔を行う際に、筒状のコアの開口部先端にダイヤモンド砥粒等からなるダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットを、モータ等の駆動源で回転駆動させながら被削材に押しつけることで、被削材に円環状の溝を穿孔する穿孔工法が知られている。
ここで、ダイヤモンドチップは、メタルボンド等のバインダ材を焼結してなる結合相中にダイヤモンド砥粒等が分散配置されて形成されており、良好な穿孔状態が維持されるには、最外面のダイヤモンド砥粒が切刃としての役目を終えて損耗ないし欠落した後に、バインダ材が適度に摩耗して順次内方の新しいダイヤモンド砥粒が現れる、いわゆる自生作用ないし目立て作用が促されることが要求される。
図４は、このような構成のコアビットの一例として、その先端部分を破断して示す斜視図である。図において、１１０はシャンク、３１０はダイヤモンドチップである。図４に示すように、軸線周りに回転させられる円筒状のシャンク１１０の開口端である先端部１１０ａには、複数のダイヤモンドチップ３１０，…，３１０がシャンク１１０の先端から突出するようにして周方向に所定の間隔をおいて、例えばろう付けや、あるいはレーザー溶接等によって固定されており、さらに、シャンク１１０の径方向において、ダイヤモンドチップ３１０の厚みがシャンク１１０の厚みすなわちシャンク１１０の内周面と外周面との間の距離よりも厚くなるように形成されている。なお、ダイヤモンドチップ３１０，…，３１０は、メタルボンド等の結合材が焼結されてなる結合相中に、ダイヤモンド砥粒Ｗ等が分散配置されて形成されている。
ところが、被削材が硬質の場合には、切粉が微粒子となるため、ダイヤモンドチップの目立て作用が得られないばかりでなく、切粉がバインダ材に密着するとともにダイヤモンド砥粒を包み込んで表面が緻密で滑らかなセラミック性状を形成し、いわゆる目詰まりによって摩擦熱の促進を招来している。このため、例えば、特開平４−３１９４０８に開示されているように、被削材を穿孔しながら、アルミナや炭化ケイ素、あるいは鋳物砂やグラインダー粉等といったダイヤモンドチップの目立てを行う砥粒を研削材として穿孔部位に供給するとともに、冷却流体として空気等の気体を穿孔部位に供給する乾式工法、あるいは水等の液体を穿孔部位に供給する湿式工法といった、ダイヤモンドチップを冷却して穿孔熱によるダイヤモンドチップの摩耗等を低減させる穿孔工法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際の穿孔作業は、比較的浅い穴の穿孔を除いては、水などを用いた湿式工法が主に用いられている。特に、原子力発電所の壁を穿孔して配管を通したり、構造物の梁等の厚い被削材を穿孔する等といった、１ｍ以上の深穴を穿孔する必要がある場合、これまでのところ、主に湿式工法に頼らなければならなかった。それは、乾式工法によって深穴を穿孔する場合、圧搾空気等の冷却流体を研削材ともどもコアビットの先端に送ろうとしても、コアビットの内周面と穿孔された溝の内周壁との間の狭い間隙に阻まれて、先端のダイヤモンドチップにまで十分な圧搾空気と研削材が供給できなくなってしまうためである。とりわけ、乾式工法によって深穴を穿孔する場合、研削材がコアビットの先端に達するまでに滞ってしまうといった問題があり、この結果、ダイヤモンドチップの目立てが十分行われなくなるとともに、ダイヤモンドチップのダイヤモンド砥粒の間、あるいはダイヤモンドチップから軸線方向上方に向かって延びる領域等、図４に斜線で示されたような部分（図中Ｒで示す）に、切粉による目詰まりが発生し、コアビットが発熱して穿孔速度が低下、もしくは、硬質の鉄筋コンクリートのような被削材を穿孔する場合には、途中までしか穿孔できないといった問題が発生していた。したがって、乾式工法を採用すると、穿孔速度が低下した場合、作業を中断してコアビットを外部に引き出して冷却するか、ドレッシングによりダイヤモンドチップの目出しを行うか、もしくはコアビットごと交換するかなどする必要があり、手間と時間が著しく増加していた。
こういった理由から、これまで主に湿式工法によって穿孔が行われてきたが、その一方で、これらの穿孔作業は、大半の場合、施工対象となる建造物に人が居住したまま行われ、水等を用いた湿式工法は、切粉の混じった汚泥や、この汚泥が乾燥して発生する粉塵が居住環境を悪化させるという理由で使用を避けるように望まれる場合が多い。というのも、空気等を用いた乾式工法ならば、発生する粉塵は、集塵装置等で回収することが可能だからである。
このように、周囲の環境を汚染しないためにも、乾式工法によって深穴の穿孔を行う要望が強く出されるようになってきている一方、乾式工法を採用すると、今度は穿孔作業の手間と時間が著しく増えてしまうといった問題を抱えていた。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、乾式工法によって深穴を穿孔する場合に、穿孔によるコアビットの発熱を低減し、穿孔速度を維持して深穴の穿孔を可能にする研削材及びそれを用いた穿孔工法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、軸線回りに回転駆動させられる筒状シャンクの先端にダイヤモンド砥粒をバインダ材で保持したダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットの前記先端と、前記先端が押し当てられて穿孔される被削材との間に供給され、前記ダイヤモンドチップの目立てを行う研削材であって、昇華材が砥粒に添加されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、昇華材が、ダイヤモンドチップの目立てを行うアルミナや炭化ケイ素、あるいは鋳物砂やグラインダー粉、もしくはこれらの混合物等の砥粒に添加されることによって、確実にダイヤモンドチップに供給され、昇華するときに奪う気化熱により効率よくダイヤモンドチップを冷却することができる。しかも、水分による冷却とは異なり、集塵装置の内部や被削材ならびにその周辺部等を濡らさないようにすることができる。また、湿式工法と異なり、ダイヤモンドチップのみを集中的に冷却することができるため、ダイヤモンドチップを効率よく冷却することができ、装置内外を一切濡らすことがない。こうして、乾式工法によって深穴を穿孔する場合でも、コアビットの穿孔による発熱を低減し、穿孔速度を低下させることなくこれを維持して乾式工法によって深穴の穿孔を行うことができる。
ここで、昇華材としては、例えば、パラジクロロベンゼン（昇華温度１７４℃）、塩化アンモニウム（昇華温度３３８℃）等が用いられる。この昇華材の昇華温度は、作業性を考慮して常温（２０℃）以上であることが望ましく、ダイヤモンド砥粒の劣化温度およびダイヤモンドチップを固着する接合温度よりも低い７００℃以下であることが望ましい。また、一般的な穿孔時の発熱温度から、４００℃以下で昇華することがより望ましい。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研削材において、表面にシラノール基を有し５ｎｍから５０ｎｍまでの粒径を有する超微粉の無水シリカが、砥粒に添加されてなることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、超微粉の無水シリカによって、研削材の流動性が高くなり、コアビットの先端のダイヤモンドチップに十分な研削材が供給される。特に、研削材中の昇華材をダイヤモンドチップに効率的に供給してダイヤモンドチップを冷却することができる。こうして、コアビットの穿孔による発熱を低減し、穿孔速度を低下させることなくこれを維持して乾式工法によって深穴の穿孔を行うことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、筒状のコアの先端にダイヤモンド砥粒をバインダ材で保持したダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットを軸線回りに回転駆動させ、前記先端を押し当てて被削材を穿孔するとともに、前記先端と前記被削材との間に、前記ダイヤモンドチップの目立てを行う研削材を供給する穿孔工法であって、前記研削材に、請求項１または請求項２に記載の研削材を用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、コアビットの穿孔による発熱を効率的に低減し、穿孔速度を低下させることなくこれを維持して乾式工法によって深穴の穿孔を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による研削材及びそれを用いた穿孔工法を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る研削材が用いられる穿孔装置の一例を示す構成図である。図２は図１に示す穿孔装置１０の筒状のコアビットの近傍を示す要部側断面図である。
【００２０】
図において穿孔装置１０は、コアビット１１を有する装置本体１０ａと、切粉等を収集する例えばサイクロン形式による集塵装置１２と、穿孔部位に空気を供給する例えばエアコンプレッサ等の空気供給装置１３と、穿孔部位を冷却する研削材５１を供給する研削材供給装置１４とを備えて構成されている。
ここで、研削材供給装置１４は、研削材５１が収容される研削材タンク５２と、バルブ５３を介して供給管４４と連通される研削材供給管５４とを備えて構成されている。また、研削材５１は、図３に示すように、アルミナや炭化ケイ素、あるいは鋳物砂やグラインダー粉等の砥粒５１ａに超微粉の無水シリカ５１ｂおよび含水樹脂５１ｃが添加されてなる。超微粉の無水シリカは、表面にシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）が存在する５ｎｍから５０ｎｍの粒径のものである。また、含水樹脂は、スチレン系のスルホン酸基（−ＳＯ₃ ^-）を交換基とする樹脂であり、水が含浸しやすく流動性の高いもので、水を含んで膨潤した状態で４０〜６０重量％が水分となるようなイオン交換樹脂が用いられている。
【００２１】
図１に示すように、装置本体１０ａは、コンクリートやアスファルト等からなる被削材２０の表面にアンカー固定されるベース２１と、ベース２１に固定されて鉛直方向に伸びる支軸２２と、この支軸２２にハンドルの回転等によって進退自在に取り付けられた支持部２３と、この支持部２３に支持されるとともにコアビット１１を回転駆動する回転駆動装置２４とを備えて構成されている。
図２に示すように、回転駆動装置２４により軸線Ｏ周りに回転させられる円筒状のコアビット１１の開口端である先端部１１ａには、複数のダイヤモンドチップ３１，…，３１が筒状シャンク１１ｂの先端から突出するようにして周方向に所定の間隔をおいて例えばろう付け固定されており、さらに、コアビット１１の径方向において、ダイヤモンドチップ３１の厚みがコアビット１１の厚みすなわちコアビット１１の内周面１１Ｂと外周面１１Ａとの間の距離よりも厚くなるように形成されている。
なお、ダイヤモンドチップ３１，…，３１は、メタルボンド等の結合材が焼結されてなる結合相中に、例えばダイヤモンド砥粒等が分散配置されて形成されている。メタルボンドには、熱伝導性を向上させるＡｇが、ボンドの硬さ低下による穿孔時の変形、原料コスト等の条件を考慮して５〜１５％添加されている。
【００２２】
コアビット１１の基端側には、回転駆動装置２４からの回転駆動力をコアビット１１に伝達する駆動軸４１が軸線Ｏと同軸に接続されている。
この駆動軸４１には、例えばエアコンプレッサ等からなる空気供給装置１３からの空気及び研削材供給装置１４からの研削材５１をコアビット１１の中空部に供給する供給路４３が、コアビット１１の中空部に連通するようにして軸線Ｏと同軸に貫設されている。そして、この供給路４３には、オイルシール４２を介して空気供給装置１３及び研削材供給装置１４と接続される供給管４４が接続されている。
【００２３】
コアビット１１の外周には、コアビット１１の外径よりも大きな内径を有する円筒状のパット４５が配置されている。このパット４５の先端側の開口端である先端部４５ａは被削材２０の表面と当接しており、パット４５の基端部４５ｂは、パット４５の基端側の開口端を閉塞するとともに、コアビット１１が挿通されるコアビット挿通孔４５ｃを有する略円環板状に形成されている。そして、このパット４５により、コアビット１１の外周面１１Ａと被削材２０に形成される円環状の溝２０ａとが覆われ、穿孔時に発生する粉塵や切粉等の飛散が防止されるとともに、穿孔時の騒音の漏洩が低減されている。
また、パット４５の外周面には、コアビット１１の中空部からダイヤモンドチップ３１近傍の穿孔部位を経由して、被削材２０の溝２０ａから排出される切粉や粉塵等を含む空気及び研削材５１を集塵装置１２へと排出する排出管４６が接続されている。
【００２４】
このような構成とされた穿孔装置１０に研削材５１を用いて穿孔を行う穿孔工法においては、次のように穿孔作業が行われる。
先ず、回転駆動装置２４によってコアビット１１が軸線Ｏ周りに回転させられる。この状態で、支持部２３を支軸２２に対して前進させると、コアビット１１の先端部１１ａに固着されたダイヤモンドチップ３１が被削材２０に押圧され、円環状に溝２０ａの穿孔が行われる。
この時、空気供給装置１３から例えば圧搾空気が供給管４４に供給されるとともに、研削材供給装置１４からバルブ５３を介して適量の研削材５１が供給管４４に供給される。そして、研削材５１を含む空気流αが、供給管４４から駆動軸４１の供給路４３を介してコアビット１１の中空部に流入されると、空気流αは被削材２０の表面を押圧するようにして吹きつけられる。
【００２５】
この後、空気流αは、コアビット１１の内周面１１Ｂと溝２０ａの内周壁２０Ａとの間の間隙を通過して、コアビット１１の先端、すなわちダイヤモンドチップ３１へと送り込まれる。深穴を穿孔している場合においても、研削材５１が超微粉の無水シリカ５１ｂを含んでいるので、研削材５１の流動性が高くなり、コアビット１１の内周面１１Ｂと溝２０ａの内周壁２０Ａとの間の狭い間隙に阻まれることなく空気流αとともに研削材５１がダイヤモンドチップ３１へと送り込まれる。
【００２６】
空気流αに搬送されてダイヤモンドチップ３１と被削材２０との間に入り込んだ研削材５１中に含まれる砥粒５１ａがダイヤモンドチップ３１の目立てを行い、ダイヤモンドチップの目詰まりを防止するとともに、被削材２０をも研削し、穿孔作業中、良好な穿孔状態が維持される。また、無水シリカ５１ｂは、切粉の流動性をも高め、穿孔部位からの切粉の排出を促進して、切粉の詰まりを防止する。一方、研削材５１中に含まれる含水樹脂５１ｃは、ダイヤモンドチップ３１に押圧されることで水分を滲出させ、蒸発する際にダイヤモンドチップ３１付近の穿孔部位から蒸発熱を奪って効率的にこれを冷却する。
こうして、深穴を穿孔する場合でも、目詰まり等に起因する摩擦熱の低減と、穿孔部位の冷却とによって、コアビット１１の発熱が低減され、穿孔速度が維持される。
【００２７】
ダイヤモンドチップ３１の目立て、冷却、及び被削材２０の研削に供された研削材５１は、溝２０の外周壁２０Ｂ側へと送られ、溝２０ａの外周壁２０Ｂとコアビット１１の外周面１１Ａとの間の間隙を通過して、コアビット１１の基端側すなわち溝２０ａの開口部へと搬送される。そして、研削材５１と、ダイヤモンドチップ３１と被削材２０との当接する穿孔部位で発生する粉塵や切粉等とを含む空気流βが、溝２０ａの開口部からコアビット１１の外周面１１Ａとパット４５とで囲まれる空間内に排出され、排出管４６を介して集塵装置１２により取り込まれる。
【００２８】
上述の構成を備えた乾式工法による穿孔装置１０において、研削材５１として、超微粉の無水シリカとしての無水シリカ５１ｂや、含水樹脂５１ｃを砥粒５１ａに添加したものを用いた場合に、実際にコアビット１１の発熱を低減し、穿孔速度を維持して深穴の穿孔が可能となることを以下に検証実験のデータに基づき詳述する。
【００２９】
被削材に対する穿孔速度を測定するため、回転駆動装置として１２０Ｖ２０Ａのモーターを用い、毎分４００回転でコアビットを回転駆動させながら被削材の穿孔を行った。ここで、コアビットとして、筒状シャンクの厚さ３ｍｍ、内径１０２ｍｍ、外径１０８ｍｍ、ダイヤモンドチップの位置での内径１００ｍｍ、外径１１０ｍｍ、ダイヤモンドチップの周方向の長さ２０ｍｍ、ダイヤモンドチップの径方向の長さ５ｍｍ、ダイヤモンドチップの軸線方向の長さ７ｍｍ、ダイヤモンドチップの周方向の装着数１０個、コアビットの全長は穿孔有効長さ６００ｍｍのものを使用し、ダイヤモンドチップとしては、メッシュサイズが＃３０／４０とされた高グレードのダイヤモンド砥粒を１．３２ｃｔ／ｃｃの密度でバインダ材（Ａｇを５〜１５％添加したＦｅ系ボンド）中に分散配置させて形成されたものを用いた。なお、ボンド中のＡｇは、熱伝導性を高め、ボンドの硬さを低下させない程度の添加量となっている。穿孔に際しては、空気供給装置により空気を毎分９０リットル供給し、さらに研削材中の砥粒として、メッシュサイズ＃４０〜６０の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を毎分６〜１０ｇ供給した。
また、被削材として、骨材の粒径の細かい軟質のコンクリートに、直径３２ｍｍの鉄筋が、コンクリートコア側面の面積比で表現される鉄筋比にして１．２％程度で均等に埋設された鉄筋コンクリート（以後、軟質鉄筋コンクリートと称する）と、骨材として熱変性した石英質の砕石などを含む硬質のコンクリートに、直径略２５ｍｍの鉄筋が鉄筋比にして０．８％程度で均等に埋設された鉄筋コンクリート（以後、硬質鉄筋コンクリートと称する）の二種類のものを用いた。
実験では、コアビットの回転数を４００ｒｐｍに維持した状態で、上述した被削材を３０ｃｍ穿孔するのに要した時間を測定し、この測定された所要時間から１分間当たりの穿孔深さを求め、これを穿孔速度として比較を行った。
【００３０】
表１には、上述した二種類の被削材に対して、湿式工法による穿孔（表中略して湿式穿孔と記述）、研削材中に砥粒のみを含む従来の乾式工法による穿孔（表中略して乾式穿孔と記述）、及び、超微粉の無水シリカを種々の濃度（単位は重量％）で研削材中に含ませた場合の乾式工法による穿孔をそれぞれ行った場合の穿孔速度（単位はｃｍ／ｍｉｎ）の値が記されている。なお、無水シリカ微粉は、粒径約１２ｎｍの親水性のものを用いた。
【００３１】
【表１】

【００３２】
研削材が無水シリカ微粉を含んでいる場合、明らかに従来の乾式工法による穿孔に比べて穿孔速度は増加しており、さらに、無水シリカ微粉が研削材中０．５〜１．５重量％含まれている場合には、むしろ湿式工法による穿孔よりも穿孔速度が増加している。また、無水シリカ微粉を含んだ研削材を用いた場合には、コアビットへの切粉の付着が減少し、排出される切粉も明らかに増加することが確認された。このため、切粉の目詰まりによる摩擦熱による発熱も抑えられ、コアビットの先端のダイヤモンドチップの軸線方向すぐ後端側の所で穿孔直後に測定されたコアビットの温度は、従来の乾式工法による穿孔の場合約８０℃であったのに対し、無水シリカ微粉を１．０重量％研削材中に含ませた場合は約５０℃まで低減された。また、コアビットへの砥粒の付着も認められず、これにより、砥粒が滞ることなくダイヤモンドチップへ供給されていたことが判明した。
【００３３】
この実験結果が示すように、超微粉の無水シリカを研削材中に含ませることで、研削材の流動性が高くなり、深穴を穿孔する場合でも、コアビットの先端のダイヤモンドチップに十分な砥粒を供給することができるようになる。そして、ダイヤモンドチップの目立てを効率的に行うことができ、切粉によるダイヤモンドチップの目詰まりを防いでコアビットの穿孔による発熱を低減することができる。また、超微粉の無水シリカによって、切粉の流動性も同様に高められるので、切粉がコアビットの先端に詰まることなく有効に排出され、切粉と被削材との間の摩擦熱を低減してコアビットの発熱を低減することができる。
こうして、コアビットの発熱を低減し、穿孔速度を低下させることなくこれを維持して乾式工法によって深穴の穿孔を行うことができる。
【００３４】
なお、研削材中の超微粉の無水シリカの量としては、０．５〜１．５重量％であることが好ましい。表１からも分かるように、無水シリカの量が２．０重量％を超えると、無水シリカのみダイヤモンドチップに供給されて砥粒の供給が不十分となるため、穿孔速度がむしろ低下するからである。
【００３５】
次に、上述した硬さの異なる軟質鉄筋コンクリートと硬質鉄筋コンクリートの二種類の被削材に対して、湿式工法による穿孔（表中略して湿式穿孔と記述）、研削材中に砥粒のみを含む従来の乾式工法による穿孔（表中略して乾式穿孔と記述）、含水樹脂を種々の濃度（単位は重量％）で研削材中に含ませた場合の乾式工法による穿孔、及び、含水樹脂に加えて超微粉の無水シリカを種々の濃度（単位は重量％）で研削材中に含ませた場合の乾式工法による穿孔をそれぞれ行った場合の穿孔速度（単位はｃｍ／ｍｉｎ）の値が表２に記されている。なお、含水樹脂としては、スチレン系のスルホン酸基（−ＳＯ₃ ^-）を交換基とする樹脂のうちゲル型のもので、架橋度は４％、水分含有率は５７〜６７％のものを用いた。また、無水シリカ微粉は、粒径約１２ｎｍの親水性のものを用いた。
【００３６】
【表２】

【００３７】
研削材が含水樹脂を含んでいる場合、明らかに従来の乾式工法による穿孔に比べて穿孔速度は増加しており、さらに、含水樹脂が研削材中２０重量％含まれている場合には、むしろ湿式工法による穿孔よりも穿孔速度が増加している。これは、含水樹脂から滲出する水分によってダイヤモンドチップが冷却されるためである。コアビットの先端のダイヤモンドチップの軸線方向すぐ後端側の所で穿孔直後に測定されたコアビットの温度は、従来の乾式工法による穿孔の場合は約８０℃であったのに対し、含水樹脂を２０重量％研削材中に含ませた場合は約４０℃に低減されていた。ただ、表２からも分かるように、含水樹脂の量が多くなりすぎると、研削材の流動性が悪くなって砥粒がダイヤモンドチップに十分供給されなくなるため、ダイヤモンドチップが発熱、さらには摩滅し、これが原因となって目詰まりを生じる。したがって、研削材中の含水樹脂の量は、３０重量％を超えないことが望ましく、２０重量％前後含まれていることが最も好ましい。
【００３８】
この実験結果が示すように、含水樹脂がダイヤモンドチップによって押圧されることで水分が滲出し、水分が確実にダイヤモンドチップに供給され、この水分が蒸発するときに奪う蒸発熱により効率よくダイヤモンドチップを冷却することができる。また、湿式工法と異なり、ダイヤモンドチップのみに集中的に水分を供給することができるため、効率よく冷却を行うことができ、摩擦熱の上昇を低減するため含水樹脂の供給量を増大させた場合であっても、ダイヤモンドチップの近傍以外の場所を濡らすことがない。
こうして、乾式工法によって深穴を穿孔する場合でも、コアビットの穿孔による発熱を冷却によって抑え、穿孔速度を低下させることなくこれを維持して乾式工法によって深穴の穿孔を行うことができる。
【００３９】
しかしながら、研削材中に含水樹脂のみ含ませる場合には、研削材の流動性をかえって悪くしてしまうため、その含有量には自ずと限界が存在する。このため、ダイヤモンドチップの冷却によって穿孔速度を増加させるある一定の効果は得られても、それ以上の改善は望むことができない。そこで、研削材の流動性を高めるために含水樹脂に加えて超微粉の無水シリカを含ませた場合の穿孔速度が表２に記されている。すなわち、高い穿孔速度が得られるように研削材に含水樹脂を２０重量％含ませ、さらに、無水シリカ微粉を０．５重量％加えた場合と、無水シリカ微粉を２．０重量％加えた場合における穿孔速度の値が表中に記されている。
【００４０】
いずれの場合も、研削材中に含水樹脂のみを含ませた場合に比較して穿孔速度は増加し、湿式工法による穿孔の場合と比較しても高い値が得られている。これは、超微粉の無水シリカによって、研削材の流動性が高くなり、コアビットの先端のダイヤモンドチップに十分な研削材が供給されるからである。特に、研削材中の含水樹脂をダイヤモンドチップに効率的に供給してダイヤモンドチップを冷却することができる。
こうして、コアビットの穿孔による発熱を低減し、穿孔速度を低下させることなくこれを維持して乾式工法によって深穴の穿孔を行うことができる。
【００４１】
なお、硬質鉄筋コンクリートの場合、従来の乾式工法によって穿孔を行うと、連続して２０ｃｍ程度しか穿孔ができなかったが、無水シリカ微粉と含水樹脂とを含有する研削材を用いた場合には、７０ｃｍまで連続して穿孔を行うことができることが確認されている。
【００４２】
つぎに、研削材５１として、昇華材を砥粒５１ａに添加したものを用いた場合について、以下に検証実験のデータに基づき詳述する。
【００４３】
被削材に対する穿孔速度を測定するため、回転駆動装置として１２０Ｖ３４００Ｗの交流モータを用い、回転数を毎分３００回転でコアビットを回転駆動させながら被削材の穿孔を行った。コアビットとして、筒状シャンクの厚さ３ｍｍ、内径１０２ｍｍ、外径１０８ｍｍ、ダイヤモンドチップの位置での内径１００ｍｍ、外径１１０ｍｍ、ダイヤモンドチップの周方向の長さ２０ｍｍ、ダイヤモンドチップの径方向の長さ５ｍｍ、ダイヤモンドチップの軸線方向の長さ７ｍｍ、ダイヤモンドチップの周方向の装着数１０個、コアビットの全長は穿孔有効長さ６００ｍｍのものを使用し、ダイヤモンドチップとしては、メッシュサイズが＃３０／４０とされた高グレードのダイヤモンド砥粒を１．３２ｃｔ／ｃｃの集中度でバインダ材成分（Ａｇを５〜１５％添加したＦｅ系ボンド）中に分散配置させて形成されたものを用いた。穿孔に際しては、空気供給装置により空気を毎分９０リットル供給し、さらに研削材中の砥粒として、メッシュサイズ＃４０〜６０の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を毎分６〜１０ｇ供給した。
また、被削材として、圧縮強度５０Ｎ／ｍｍ²の無筋コンクリートを用いた。
実験では、コアビットの回転数を３００ｒｐｍに維持した状態で、上述した被削材を横方向に３００ｍｍ穿孔するのに要した時間を測定し、この測定された所要時間から１分間当たりの穿孔深さを求め、これを穿孔速度として比較を行った。同時に、工具温度と穿孔装置１０の受ける反力を測定して比較を行った。
【００４４】
表３には、上述した被削材に対して、昇華材を添加せず砥粒のみを含む従来の乾式工法による穿孔、及び、昇華材として塩化アンモニウム（昇華温度３３８℃）を種々の添加量（単位は重量％）で研削材中に含ませた場合の乾式工法による穿孔をそれぞれ行った場合の穿孔速度（単位はｍｍ／ｍｉｎ）、発熱温度、反力（単位は）Ｋｇ／ｃｍ²）の値が記されている。
【００４５】
【表３】

【００４６】
研削材が昇華材を含んでいる場合、明らかに従来の乾式工法による穿孔に比べて穿孔速度は増加しており、発熱も抑えられている。反力は、昇華材添加量５％以下であれば従来の乾式工法による穿孔よりも小さくなることが確認された。
【００４７】
この実験結果が示すように、昇華材を研削材中に含ませることで、コアビットの発熱を低減することができる。
なお、研削材中の昇華材の量としては、３〜７重量％であることが好ましい。表３からもわかるように、昇華材の量が５．０重量％を超えると、昇華材の昇華によるコアビット先端における研削材の体積減少が大きくなり、研削材が不足するために、反力がむしろ大きくなるからである。
また、昇華材の昇華温度としては、２０〜７００℃であることが好ましく、２０〜４００℃であることがより好ましい。昇華温度が低すぎると取り扱いが困難となり作業性が悪く、昇華温度が高すぎるとダイヤモンド砥粒を劣化させたりダイヤモンドチップの接合が破損されるおそれがあるからである。
【００４８】
上述のように本実施の形態によれば、乾式工法によって深穴を穿孔する場合に、穿孔によるコアビットの発熱を低減し、穿孔速度を維持して深穴の穿孔を行うことができる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、研削材として、砥粒とともに、あらかじめ超微粉の無水シリカおよび／または含水樹脂を含ませるものとしたが、砥粒に対し、超微粉の無水シリカ、含水樹脂を別個に供給し、供給の過程で混合させるものであってもよい。本実施形態においては、穿孔作業を行うにあたり、最も効率のよい場合の一例を挙げたにすぎないのであって、超微粉の無水シリカ、含水樹脂、昇華材をそれぞれどのように供給するかについては限定を加えないものとする。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、筒状シャンクの先端にダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットの前記先端と、この先端が押し当てられて穿孔される被削材との間に供給され、ダイヤモンドチップの目立てを行う研削材において、昇華材が砥粒に添加されてなるので、穿孔に供されるダイヤモンドチップを気化熱によって効率的に冷却することができ、穿孔によるコアビットの発熱を低減し、穿孔速度を維持して深穴の穿孔を行うことができる。
【００５５】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の研削材において、表面にシラノール基を有し５ｎｍから５０ｎｍまでの粒径を有する超微粉の無水シリカが、砥粒に添加されてなるので、効率よく研削材中の昇華材をダイヤモンドチップに効率的に供給して、穿孔に供されるダイヤモンドチップを気化熱によって効率的に冷却することができ、さらに、ダイヤモンドチップの目立てを行って切粉によるダイヤモンドチップの目詰まりを防ぐことができるとともに、切粉の排出性も高めることができ、穿孔によるコアビットの発熱を低減し、穿孔速度を維持して深穴の穿孔を行うことができる。
【００５６】
また、請求項３に記載の発明によれば、筒状のコアの先端にダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットを軸線回りに回転駆動させ、前記先端を押し当てて被削材を穿孔するとともに、先端と被削材との間に、ダイヤモンドチップの目立てを行う研削材を供給する穿孔工法において、請求項１または請求項２に記載の研削材を用いるので、穿孔によるコアビットの発熱を低減し、穿孔速度を維持して深穴の穿孔を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研削材が用いられる穿孔装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す穿孔装置の筒状のコアビットの近傍を示す要部側断面図である。
【図３】図１に示す研削材供給装置の側断面図である。
【図４】コアビットの先端部分を破断した斜視図であり、従来の乾式穿孔による切粉の付着状態を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・穿孔装置
１１・・・コアビット
１４・・・研削材供給装置
２０・・・被削材
３１・・・ダイヤモンドチップ
５１・・・研削材
５１ａ・・・砥粒
５１ｂ・・・無水シリカ（超微粉）
５１ｃ・・・含水樹脂

Claims

軸線回りに回転駆動させられる筒状シャンクの先端にダイヤモンド砥粒をバインダ材で保持したダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットの前記先端と、前記先端が押し当てられて穿孔される被削材との間に供給され、前記ダイヤモンドチップの目立てを行う研削材であって、
昇華材が砥粒に添加されてなることを特徴とする研削材。
請求項１に記載の研削材において、
表面にシラノール基を有し５ｎｍから５０ｎｍまでの粒径を有する超微粉の無水シリカが、砥粒に添加されてなることを特徴とする研削材。
筒状のコアの先端にダイヤモンド砥粒をバインダ材で保持したダイヤモンドチップが固着されてなるコアビットを軸線回りに回転駆動させ、前記先端を押し当てて被削材を穿孔するとともに、前記先端と前記被削材との間に、前記ダイヤモンドチップの目立てを行う研削材を供給する穿孔工法であって、
前記研削材に、請求項１または請求項２に記載の研削材を用いることを特徴とする穿孔工法。