JPH10146771A - ダイヤモンドビット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期の切れ味が高く、切れ味の持続性が向上
し、切粉などの排出性が良く、かつ寿命の長いダイヤモ
ンドビットを提供する。 【解決手段】 ダイヤモンドセグメントチップ３の被削
物との接触部に複数の切欠き部４が形成されているの
で、該切欠き部４の角部５が切れ刃となってエッジ効果
を有し、切欠き部４の底面が半径方向に向けて傾斜して
いるので、切粉の排出性が良いため掘削時に切粉等が悪
影響を及ぼすことがなく、またセグメントチップの破損
を効果的に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石材などを掘削す
るダイヤモンドビットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドビットの種類は、ダイヤモ
ンド植付け方法によりサ−フェイスセットダイヤモンド
ビットとインプリグネイテッドダイヤモンドビットに区
分される。

【０００３】サ−フェイスセットダイヤモンドビット
は、小粒のダイヤモンドを刃先表面に植え込んだものを
いい、インプリグネイテッドダイヤモンドビットは、細
粒ダイヤモンドを合金とともに混合して焼結したものを
いう。

【０００４】本発明は、インプリグネイテッドダイヤモ
ンドビットに関するものであり、このダイヤモンドビッ
トの回転数と荷重は、密接な相関関係にある。すなわ
ち、均一な岩石中で一定の速度で回転するダイヤモンド
ビットは、該ダイヤモンドビットに加わる圧力に比例し
て掘進率を増し、そのビットと被削物の最適な状態に到
達する。さらにこれ以上圧力を増しても切削速度はこれ
に対応しては増加せず、この段階においては、より速い
切削速度は回転数の増加によってのみ得られる。ここ
で、ダイヤモンドビットを使用して切削する場合、ビッ
トの冷却と切粉の排出のために、孔内に循環流体を送る
必要がある。流体は、清水、泥水、または圧縮空気など
が使われるわけであるが、上述の関係は、前述した冷却
水の容量と圧力が理想的条件にあることを前提としてい
る。

【０００５】通常、適切な回転数はその外周の周速で表
現され、目安としてインプリグネイテッドダイヤモンド
ビットでは、３００〜７２０フィート／ｍｉｎといわれ
ている。

【０００６】ダイヤモンドビットは、荷重をかけられ、
回転することによって熱を発生する。また、切削された
切粉の粒子は、ダイヤモンドの周辺で遊ぶため、これら
粒子をダイヤモンドのカッティングポイントからすばや
く排除するとともに、ダイヤモンド面を冷却するため
に、通常、ビット面には水孔や水溝が設けられる。

【０００７】切粉の排出を行なうためには、循環流体は
一定の流速が必要で、切粉の粒子の大きさおよび比重に
対し、これを搬送し得る十分なものでなければなない。
すなわち、粒子の沈降速度の３〜４倍以上の流速が必要
とされている。

【０００８】このような観点より、改良さたダイヤモン
ドビットとして実開昭６１−２４１１１号公報および特
開平３−２４５９７４号公報が提案されている。

【０００９】すなわち、前者のダイヤモンドビット０１
は、図９に示されるように、半径方向の切れ刃０２を形
成した環状のセグメントチップ０３が台金０４を介して
円筒状のシャンク０５の先端に固着されている。そし
て、硬質焼結体０３の先端に形成された半径方向の切れ
刃０２は、半径方向のすくい角、軸方向のすくい角およ
び逃げ角を有し、初期の切れ味を改善している。

【００１０】また、後者のダイヤモンドビット０１は、
図１０の（ａ）に示すようにセグメントチップの内外面
両面に交互に切粉排出溝を設けたもので、円筒のボディ
０７先端にセグメントチップ０８が複数個間隔をもって
固着され、このセグメントチップに切粉排出溝０９が設
けられている。

【００１１】図１０の（ａ）はダイヤモンドビットの先
端正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図、
（ｃ）はＪ−Ｊ断面図を示しており、この切粉排出溝０
９は、この切粉排出溝０９の深さｔが切れ刃の厚さＴの
１／２以上の寸法であると摩耗が平均的に進行し、セグ
メントチップ中のダイヤモンド砥粒の目立てが常に繰り
返され、常に安定した切削性が得られる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の場
合は、セグメントチップの先端に逃げ角より延在する傾
斜部とすくい角とにより谷部０６が形成され、この谷部
０６にはセグメントチップ内周もしくは外周方向への逃
げ角が存在しないため、この谷部０６に切粉や脱落した
ダイヤモンド砥粒などが堆積し、切粉の排出が悪く掘削
時の障害となり掘進率が低下するといった問題点を有し
ていた。

【００１３】また、後者の場合は、所定深さの切粉排出
溝０９の形成により、切れ刃となるセグメントチップの
半径方向の肉厚が薄くなり、この肉厚の薄い部分が軸方
向に同一厚さに形成されているため、この部分の剛性が
低下し、セグメントチップの破損をまねくことになる。

【００１４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、初期の切れ味と掘進率が高く、切粉など
の排出性が良く、しかも寿命の長いダイヤモンドビット
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転駆動され
る環状筒体の先端にダイヤモンドセグメントチップが所
定間隔をもって取付けられ、このダイヤモンドセグメン
トチップにおける被削物との接触面から内側面もしくは
外側面にかけて複数の凹部が切設され、この凹部はその
底面部が少なくとも半径方向に向けて傾斜していること
を特徴としている。この特徴によれば、ダイヤモンドセ
グメントチップの被削物との接触部に複数の凹部が形成
されているので、該凹部の角部が切れ刃となってエッジ
効果を発揮するとともに、凹部の底面が半径方向に向け
て傾斜し、内側もしくは外側に開放しているため、切粉
の排出性が向上する。さらにこの凹部の構造によれば、
ダイヤモンドセグメントチップはその根元が必然的に徐
々に太くなっているため、掘進時のセグメントチップの
破損の心配がない。

【００１６】本発明のダイヤモンドビットは、前記凹部
は、前記ダイヤモンドビットの内周側と外周側に向けて
交互に配設されていることを特徴としている。この特徴
によれば、ダイヤモンドビットの内周側と外周側に向け
て凹部が交互に配設されているので、ビットの摩耗形状
の偏りが防止できるとともに、安定した掘進が可能とな
る。

【００１７】本発明のダイヤモンドビットは、前記凹部
がダイヤモンドビット先端の正面視略コ字形に形成され
ていることを特徴としている。この特徴によれば、凹部
がダイヤモンドビット先端の正面視略コ字形に形成され
ているので、凹部の角部がダイヤモンドビットの回転方
向と直角となる切れ刃となり、高いエッジ効果により切
れ味が良く、また切粉の排出効率も高めることができ
る。

【００１８】本発明のダイヤモンドビットは、凹部が前
記ダイヤモンドビット先端の正面視略三角形に形成され
いることを特徴としている。この特徴によれば、凹部が
前記ダイヤモンドビット先端の正面視略三角形に形成さ
れいるので、三角形の一辺が切れ刃となってエッジ効果
を有するとともに、セグメントチップの剛性も更に高く
維持することができる。

【００１９】本発明のダイヤモンドビットは、凹部が円
周の一部を底辺とする略直角三角形に形成されることを
特徴としている。この特徴によれば、凹部が円周の一部
を底辺とする略直角三角形に形成されるので、直角三角
形の垂直辺がダイヤモンドビットの回転方向と直角とな
る切れ刃となり、高いエッジ効果を有するとともに、セ
グメントチップの剛性も高く維持することができる。

【００２０】本発明のダイヤモンドビットは、ダイヤモ
ンドセグメントチップは、被切削材との接触面が５０〜
９８％であることを特徴としている。この特徴によれ
ば、被切削材との接触面が５０〜９８％が維持されるの
で、平均給圧を高くすることができ、掘進率を増大させ
ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を挙げ図面に基
づいて本発明を説明する。本発明のダイヤモンドビット
の一実施形態につき説明する。

【００２２】図１は、ダイヤモンドビットの先端を表わ
す正面図であり、図２の（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、
（ｂ）は図１のＢ矢視図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図
であり（ｄ）は図１のＤ−Ｄ断面図である。

【００２３】図において、１はダイヤモンドビットを示
し、該ダイヤモンドビット１は、回転駆動される環状筒
体の台金２の先端にダイヤモンドセグメントチップ３が
一定間隔をもって取付けられる。

【００２４】さらに詳しくは、ダイヤモンドセグメント
チップ３は、インプリグネイテッドビットの場合は、あ
らかじめマトリックスとフラグメントボーツや合成ダイ
ヤモンドの小粒を混合し、セグメントとして加圧、焼結
して製造し、ビットの台金２にろう付け又は一体焼結さ
れる。

【００２５】そして、ダイヤモンドセグメントチップ３
は、中央に凹部としての正面視コ字形の切欠き部４が形
成されており、該切欠き部４はダイヤモンドビット１の
内周縁と外周縁に向けて配設され、該切欠き部４の底面
は半径方向に向けて交互に逆方向に傾斜して形成されて
いる。

【００２６】ここで、切欠き部４のダイヤモンドセグメ
ントチップ３の被削材との接触面とのなす角部５はダイ
ヤモンドビット１が矢印方向に回転駆動された際の切れ
刃となり、この幅を大きくとることによりエッジ効果を
有し初期の切れ味が良くなる。

【００２７】次に、ダイヤモンドビットの作用につき説
明する。先ず、図１に示すように台金の先端に一定間隔
をもって取付けられたダイヤモンドセグメントチップを
図示しない被削材に押圧して接触させた状態でダイヤモ
ンドビット１を回転駆動させ、同時に該ダイヤモンドセ
グメントチップに掘削液を供給する。

【００２８】ダイヤモンドビット１を回転駆動させる
と、削られた切粉やボンドから離脱したダイヤモンド粒
子等が切欠き部４の半径方向に延びる傾斜面に案内され
て掘削液と共に流出し、外部に排出される。

【００２９】このため、掘削穴に対向するダイヤモンド
ビット１の切欠き部４に、スラッジ、スライムおよび切
粉等が残留することなく、ひいてはダイヤモンドビット
１の切れ味が落ちることもなくなる。

【００３０】本実施例においては、ダイヤモンドセグメ
ントチップ３の一部に切欠き部４が形成され、ダイヤモ
ンドセグメントチップ３と被削材との接触面積が、切欠
き部４の無いものを１００％とした場合、５０〜９８％
の範囲で接触することができるようになっている。この
ことは、接触面における押圧力を増大させることがで
き、さらに切欠き部４の角部５が切刃となってエッジ効
果を高められることになり、初期の喰い込み量が多くな
り、掘進率を促進させることができる。

【００３１】ダイヤモンドセグメントチップ３が、図３
の２点鎖線で示されるように掘削と共に先端面より摩耗
していくと、切欠き部４の面積が徐々に減少して接触面
積が拡大することになるが、この切欠き部４の形状によ
ると、ダイヤモンドセグメントチップ３は根元（台金と
ダイヤモンドセグメントとその接合部）に行くに従い太
くなっているため、切削中に予期しないような大負荷が
ダイヤモンドセグメント３に加わっても、従来のように
歯こぼれ等の破損が発生せず、言い換えれば多くの切欠
き部４を形成しても歯こぼれ等の心配がなくなるのであ
る。

【００３２】次に、ダイヤモンドビット１の掘削面の形
状別による性能比較を目的として掘削試験を行なった結
果を表１に表わす。

【００３３】

【表１】 試験の結果は、荷重８００ｋｇｆにおいて掘削面８６％
は安定して高い切れ味で、歯こぼれもなく、安定形状を
維持していた。

【００３４】次に、図７に示すレーダーチャート図は、
面積１００％の場合で荷重８００ｋｇｆの掘進長、掘進
時間、平均掘進率および寿命の平均累計値を示してい
る。

【００３５】図８に示すレーダーチャート図は、面積８
６％の場合で荷重８００ｋｇｆの掘進長、掘進時間、平
均掘進率および寿命の平均累計値を示している。

【００３６】面積１００％に比し、特に寿命、掘進長お
よび掘進時間が増加し、優れた結果を示していた。

【００３７】次に、他の実施形態につき説明する。

【００３８】図４は、第２実施形態としてのダイヤモン
ドビット先端を表わす正面図であり、ダイヤモンドセグ
メントチップ３に形成される正面視コ字形の切欠き部
は、ダイヤモンドセグメントチップ３の中央に設けられ
た切欠き部４のさらの両側に傾斜方向の異なる切欠き部
６が設けられ、該ダイヤモンドセグメントチップ３の被
削物との接触部に交互に配設される。この場合被削物と
の接触面積が小さくなることと、エッジ効果が向上する
ことにより、掘進率が格段に向上する。

【００３９】図５の（ａ）は、第３実施形態としてのダ
イヤモンドビット先端を表わす正面図を示し、（ｂ）は
（ａ）のＥ−Ｅ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＦ矢視
図である。

【００４０】この実施形態は、ダイヤモンドセグメント
チップ８に形成される切欠き部が正面視三角形をしてお
り、ダイヤモンドセグメントチップ８の中央に設けられ
た切欠き部９の両側に傾斜方向の異なる切欠き部１０が
設けられ、該ダイヤモンドセグメントチップ８の被削物
との接触部に交互に配設される。

【００４１】ここで、三角形切欠き部９の一辺がダイヤ
モンドセグメントチップ８の被削材との接触面とのなす
角部１１は、ダイヤモンドビット７が矢印方向に回転駆
動された際の切れ刃となり、この幅を大きくとることに
よりエッジ効果を有し初期の切れ味が良くなる。

【００４２】図６の（ａ）は、第４実施形態としてのダ
イヤモンドビット先端を表わす正面図を示し、（ｂ）は
（ａ）のＧ−Ｇ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＨ矢視
図である。

【００４３】この実施形態は、ダイヤモンドセグメント
チップ１３に形成される切欠き部が正面視直角三角形を
しており、ダイヤモンドセグメントチップ１３の中央に
設けられた切欠き部１４の両側に傾斜方向の異なる切欠
き部１５が設けられ、該ダイヤモンドセグメントチップ
１３の被削物との接触部に交互に配設される。

【００４４】ここで、直角三角形の切欠き部１４の垂直
辺がダイヤモンドセグメントチップ１３の被削材との接
触面とのなす角部１６は、ダイヤモンドビット１２が矢
印方向に回転駆動された際の切れ刃となり、この角部１
６の稜線が半径方向と一致するため、エッジ効果が向上
する。さらにこの実施形態のものは、被削物とダイヤモ
ンドセグメントチップとの接触面積を極端に小面積とせ
ず、エッジ効果のみを高めたい場合に特に効果的であ
る。

【００４５】なお一般に、掘進初期段階においては、セ
グメントチップが軸方向に長いために切粉の排出が良好
に行われにくい。そしてセグメントチップの摩耗がさら
に進んでいくと、セグメントチップの軸方向の長さが短
くなるため、前述した切粉の排出は初期段階と比べて比
較的良好になってくる反面、セグメントチップ自体の剛
性は、長時間の使用で低下し破損しやすくなってくる。
ここで、上述した各実施形態のセグメントチップは、こ
のような切削機構と適切に順応しており、切削初期段階
では、凹部の占める割合が大きく切屑の排出を良好に促
し、切削後期段階においては、凹部の占める割合が小さ
くなるためセグメントチップの剛性を維持するという優
れた特徴を有するものである。

【００４６】以上、本発明の実施例を図面により説明し
てきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
や追加があっても本発明に含まれる。

【００４７】

【発明の効果】本発明は次の効果を奏する。

【００４８】（ａ）請求項１の発明によれば、ダイヤモ
ンドセグメントチップの被削物との接触部に複数の凹部
が形成されているので、該凹部の角部が切れ刃となって
エッジ効果を発揮するとともに、凹部の底面が半径方向
に向けて傾斜し、内側もしくは外側に開放しているた
め、切粉の排出性が向上する。さらにこの凹部の構造に
よれば、ダイヤモンドセグメントチップはその根元が必
然的に徐々に太くなっているため、掘進時のセグメント
チップの破損の心配がない。

【００４９】（ｂ）請求項２の発明によれば、ダイヤモ
ンドビットの内周側と外周側に向けて凹部が交互に配設
されているので、ビットの摩耗形状の偏りが防止できる
とともに、安定した掘進が可能となる。

【００５０】（ｃ）請求項３の発明によれば、凹部がダ
イヤモンドビット先端の正面視略コ字形に形成されてい
るので、凹部の角部がダイヤモンドビットの回転方向と
直角となる切れ刃となり、高いエッジ効果により切れ味
が良く、また切粉の排出効率も高めることができる。

【００５１】（ｄ）請求項４の発明によれば、凹部が前
記ダイヤモンドビット先端の正面視略三角形に形成され
いるので、三角形の一辺が切れ刃となってエッジ効果を
有するとともに、セグメントチップの剛性も更に高く維
持することができる。

【００５２】（ｅ）請求項５の発明によれば、凹部が円
周の一部を底辺とする略直角三角形に形成されるので、
直角三角形の垂直辺がダイヤモンドビットの回転方向と
直角となる切れ刃となり、高いエッジ効果を有するとと
もに、セグメントチップの剛性も高く維持することがで
きる。

【００５３】（ｆ）請求項６の発明によれば、被切削材
との接触面が５０〜９８％が維持されるので、平均給圧
を高くすることができ、掘進率を増大させることができ
る。

【００５４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのダイヤモンドビッ
トの先端を表わす正面図である。

【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１の
Ｂ矢視図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図であり（ｄ）は
図１のＤ−Ｄ断面図である。

【図３】ダイヤモンドセグメントチップの部分斜視図で
ある。

【図４】第２実施形態としてのダイヤモンドビット先端
を表わす正面図である。

【図５】（ａ）は、第３実施形態としてのダイヤモンド
ビット先端を表わす正面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＥ
−Ｅ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＦ矢視図である。

【図６】（ａ）は、第４実施形態としてのダイヤモンド
ビット先端を表わす正面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＧ
−Ｇ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＨ矢視図である。

【図７】標準のダイヤモンドビットの性能試験のレーダ
ーチャート図である。

【図８】本発明の１試料であるダイヤモンドビットの性
能試験のレーダーチャート図である。

【図９】従来のダイヤモンドビットの側面図である。

【図１０】（ａ）は従来のダイヤモンドビットの先端を
表わす正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図で
あり、（ｃ）は（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。

【符号の説明】

１、７、１２ ダイヤモンドビット ２ 台金 ３、８、１３ ダイヤモンドセグメントチップ ４、６、９、１０、１４、１５ 切欠き部（凹部） ５、１１、１６ 角部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される環状筒体の先端にダイヤ
   モンドセグメントチップが所定間隔をもって取付けら
   れ、このダイヤモンドセグメントチップにおける被削物
   との接触面から内側面もしくは外側面にかけて複数の凹
   部が切設され、この凹部はその底面部が少なくとも半径
   方向に向けて傾斜していることを特徴とするダイヤモン
   ドビット。
2. 【請求項２】 前記凹部は、前記ダイヤモンドビットの
   内周側と外周側に向けて交互に配設されていることを特
   徴とする請求項１に記載のダイヤモンドビット。
3. 【請求項３】 前記凹部は、前記ダイヤモンドビット先
   端の正面視略コ字形に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載のダイヤモンドビット。
4. 【請求項４】 前記凹部は、前記ダイヤモンドビット先
   端の正面視略三角形に形成されいることを特徴とする請
   求項１に記載のダイヤモンドビット。
5. 【請求項５】 前記凹部は、円周の一部を底辺とする略
   直角三角形に形成されることを特徴とする請求項４に記
   載のダイヤモンドビット。
6. 【請求項６】 前記ダイヤモンドセグメントチップは、
   被切削材との接触面が５０〜９８％であることを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンドビッ
   ト。