凸型、凹型、それとも平面型？最初のホールを打つ前に、ボタンビットのフェースを岩に合わせる方法
圧縮強度が15,000psiを超える地盤では、ビットフェースの形状が適切でないと、掘削速度が低下するだけでなく、掘削速度が半減したり、超硬合金が驚くべき速さで摩耗したり、亀裂の多い地層では孔の崩壊につながる可能性があります。ビットフェースの形状は見た目の問題ではなく、掘削する岩盤の種類に応じて、エネルギー伝達、切削屑の排出、ボタンローディングをどのように制御するかを決定する重要な要素なのです。
ほとんどのメーカーが使用しているマッチングロジックは以下のとおりですが、実際にこのロジックを教えられているオペレーターはごくわずかです。
凸型 ビット：有能な分野における急成長企業
凸面形状（ドロップセンター型またはドーム型とも呼ばれる）は、衝撃エネルギーを穴の中心に集中させる湾曲面上にボタンを配置します。この設計は、軟岩から中程度の岩盤（約15,000～25,000psi）で最も効果を発揮します。硬質の石灰岩、堅固な砂岩、閃緑岩、片岩、および一部の花崗岩などが該当します。
重要な要件は、岩盤が固く均質であることです。凸型ビットは、ボタンが岩盤に当たるたびに岩盤が予測通りに破砕されることを前提としています。地層が固く均一な場合、湾曲した面は荷重が面全体にスムーズに分散されるため、ボタンの摩耗が均一になり、迅速な掘削を実現します。
凸型のビットを割れ目の多い岩盤に差し込むと、エネルギーの伝達がスムーズでなくなります。外縁部の突起部には想定外の衝撃荷重がかかり、摩耗がすぐに不均一になります。
凹型ビット：地面に問題がある場合
凹面形状（ビット面の中心が外側のリングに対して凹んでいる形状）は、15,000～30,000psiという幅広い圧力範囲に対応し、軟質～中硬質の地層から中硬質の地層までをカバーします。この形状の大きな利点は、凸面形状よりも空隙、断層、および緩く固結したゾーンへの対応性に優れている点です。
中央部の凹みは、切削屑が洗浄溝に向かって自然に流れる通路を作り出します。切削屑量が多い高速掘削では、これにより穴の清掃性と貫通の安定性が著しく向上します。外側のボタンは初期の衝撃荷重をより多く吸収するため、ビットが空隙や亀裂帯を通過する際に安定性を維持するのに役立ちます。
硬い石灰岩、節理のある花崗岩、砂岩、大理石など、地盤が完全に均一ではない地層の場合、凹面が最も安全な総合的な選択肢となる傾向がある。
フラットフェイスビット：ハードロックのための最強ビット
30,000 psiを超えるような岩盤、つまり高密度の花崗岩や斑れい岩など、それ以下の強度では歯が立たないような岩盤を掘削する場合、フラットフェースビットが必要です。その設計はシンプルで、重厚で先端が鈍い形状をしており、ほぼ平面にボタンが配置されています。エネルギーを集中させたり分散させたりする曲面はありません。すべてのボタンが最大の直接的な力で岩盤に当たり、ビット本体は反射応力に耐えられるよう厚く作られています。
平らな面を持つビットは、固く締まった岩盤に適しています。小さな空隙や細い亀裂は許容範囲内ですが、ひどく破砕された地盤では、平らな面を持つビットは岩盤との接触が途切れた際に安定性を保つための面形状がないため、大きなダメージを受けます。
トレードオフとなるのは、軟弱地盤における掘削速度である。18,000psiの岩盤では、平坦な面は凸状の面よりも掘削速度が遅くなる。これは、エネルギーが亀裂の発生に集中しないためである。しかし、真の硬岩においては、比較できるほど長く持ちこたえるものは他にない。
30パーセントルール
元の記事では、岩盤に合ったビット形状を選ぶことで掘削効率が30%向上すると主張している。この数字はやや誇張に聞こえるかもしれないが、作業員が間違った形状で1シフト中掘削した場合の結果を見てきた経験からすると、妥当な範囲と言えるだろう。硬い花崗岩に凸型のビットを使うと数時間で摩耗してしまう。割れ目の入った石灰岩に平らな形状のビットを使うと掘削速度が遅くなり、コストもかさむ。地層に合った形状を選べば、これらの問題はどちらも解消される。
ビットの先端形状は最初の決定事項です。これを正しく選択すれば、その後の加工工程（切削速度、ボタンの寿命、穴の品質など）はすべて順調に進みます。
