(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-25
(45)【発行日】2023-05-08
(54)【発明の名称】切削用ビット及びその製法
(51)【国際特許分類】
E21B 10/46 20060101AFI20230426BHJP
【ＦＩ】
E21B10/46
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2022072813
(22)【出願日】2022-04-27
(62)【分割の表示】P 2018100338の分割
【原出願日】2018-05-25
(65)【公開番号】P2022090145
(43)【公開日】2022-06-16
【審査請求日】2022-04-27
(73)【特許権者】
【識別番号】591046858
【氏名又は名称】アロイ工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121603
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 元昭
(74)【代理人】
【識別番号】100141656
【弁理士】
【氏名又は名称】大田 英司
(74)【代理人】
【識別番号】100067747
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 良昭
(72)【発明者】
【氏名】下井谷 良信
【審査官】荒井 良子
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－０６９２２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１２３６１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５７９１４２２（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平０６－２１２８７４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｂ １０／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端にチップを備えるビット本体の表面に超硬粒子を有する肉盛部が形成された切削用ビットの製造方法であって、前記超硬粒子が球形状であるとともに、
溶接により溶解した肉盛材の流れの中に前記超硬粒子を落とし込んで沈降させて、前記肉盛部の中に前記超硬粒子が互いの間の隙間を小さくするように並んだ状態にする
切削用ビットの製造方法。
【請求項2】
前記肉盛部の表面に前記超硬粒子の存在による凹凸を現出させる
請求項１に記載の切削用ビットの製造方法。
【請求項3】
前記超硬粒子として粒径がφ０．５ｍｍ～φ２ｍｍの範囲にあるものを使用する
請求項１または請求項２に記載の切削用ビットの製造方法。
【請求項4】
先端にチップを備えるビット本体の表面に超硬粒子を有する肉盛部が形成された切削用ビットであって、前記超硬粒子が粉末冶金によって球形状に成形されたものであり、
前記肉盛部の内部で前記超硬粒子が並んだ状態であるとともに、
前記肉盛部の表面に前記超硬粒子の存在による凹凸が形成された
切削用ビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、岩盤や岩石、コンクリート等の切削や掘削に用いられる切削用ビットに関する。
【背景技術】
【0002】
切削用ビットは、掘削装置などの建設機械のホルダに回転可能に取り付けて使用されるものであって、鋼鉄製のビット本体の先端に超硬合金製のチップが固定されている。
【0003】
チップは硬度が高いので摩耗しにくいが、ビット本体はチップに比べて摩耗しやすい。このため、切削や掘削の作業に伴ってビット本体のチップを保持している部分が摩耗するとチップが脱落してしまうことになる。チップが脱落する前に切削用ビットを新しいものに交換する必要があるが、交換作業には手間がかかる。しかも、交換作業は現場、例えばトンネル内などで容易にできるものではない。
【0004】
そこで、切削用ビットの耐久性を高めることが考えられている。そのための手段として、摩耗を抑制したい部分に肉盛部を形成することが行われている（下記特許文献１）。
【0005】
肉盛部は、超硬合金からなる超硬粒子を溶接によってビット本体の表面に被覆形成される。使用される超硬粒子は、超硬合金を粉砕して得られ、その超硬合金には廃品が用いられている。
【0006】
粉砕して得られる超硬粒子は、割って作られるので、切削用ビットに形成された従来の肉盛部の写真（図６参照）に示したように、角のある粒状である。
【0007】
このため、肉盛部の内部に存在する超硬粒子は不均一でばらばらであって、超硬粒子同士の間の隙間は大きく、しかも多い。この結果、超硬粒子の周囲は摩耗しやすい。そのうえ超硬粒子の角が突き出ているので、超硬粒子の周囲の摩耗に伴って超硬粒子が容易に脱落することになる。
【0008】
また、ビット本体がチップに比べて摩耗しやすいためか、これまでの切削用ビットは、下記特許文献２に開示されているように、チップ１０１を保持する部分１０２が比較的太く形成されていた。図７に示したように、チップを保持する部分１０２の直径ｄ１はチップ１０１の直径ｄ２に比べて２倍以上であり、またチップ１０１を保持する部分１０２の直径ｄ１は鍔部１０３の直径ｄ３の７０％ほどに設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】実開平６-８４９８号公報
【文献】特開平９-２０９６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
この発明は、耐久性を高めることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
そのための手段は、先端にチップを備えるビット本体の表面に超硬粒子を有する肉盛部が形成された切削用ビットの製造方法であって、前記超硬粒子が球形状であるとともに、溶接により溶解した肉盛材の流れの中に前記超硬粒子を落とし込んで沈降させて、前記肉盛部の中に前記超硬粒子が互いの間の隙間を小さくするように並んだ状態にする切削用ビットの製造方法である。
【0012】
この構成では、肉盛部を形成する際に溶接しながら埋め込まれる超硬粒子が球形状であるので、肉盛部の超硬粒子は比較的整然と並ぶ。このため、肉盛部の内部には、より多くの超硬粒子が高い一体性をもって存在するとともに、肉盛部は超硬粒子の角が突き出ない態様のものとなる。
【発明の効果】
【0013】
この発明によれば、超硬粒子の付着量が十分で高い一体性を有するとともに、超硬粒子の角が突き出ない肉盛部を得られるので、その肉盛部は、超硬粒子が脱落しにくく、補強の機能を十分に果たすものとなる。この結果、切削用ビットの耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】切削用ビットの片側断面図。
【図2】切削用ビットの平面図。
【図3】ビット本体の大きさを示す説明図。
【図4】他の例に係るビット本体の大きさを示す説明図。
【図5】肉盛部を示す写真。
【図6】従来の肉盛部を示す写真。
【図7】従来のビット本体の大きさを示す片側断面図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
【0016】
【0017】
ビット本体１３は鋼鉄製であって、掘削装置等のホルダ（図示せず）に回転可能に保持される円柱状の装着軸部３１を有し、この装着軸部３１より先に、鍔部３２と、本体軸部３３と、先端軸部３４を先方に向けて順に有している。鍔部３２は、使用時にホルダの先端面を覆う部分であって、装着軸部３１よりも大径の円板状である。本体軸部３３は鍔部３２よりも小径の円柱状であり、鍔部３２の先側の面３２ａは偏平な円錐状に形成され、正面視で円弧を描いている。先端軸部３４は円錐台形状であり、本体軸部３３の先端から先細りとなるテーパ面３４ａを外周面の全体に有している。先端軸部３４の先端面３４ｂには、チップ１５の一部を埋設する丸穴状の凹所３５が形成されている。凹所３５の直径は、先端軸部３４の直径よりも小さい。凹所３５の深さは適宜設定されるが、先端軸部３４に形成した凹所３５にチップ１５が保持されるので、本体軸部３３がチップ１５を支え保持する基部として機能する。
【0018】
チップ１５は超硬合金からなり、ビット本体１３の凹所３５に埋設される円柱状の保持部５１と、凹所３５に固定した際にビット本体１３の先端面３４ｂから突出する略円錐状の先端部５２を有している。チップ１５は、ろう付けによってビット本体１３に結合一体化される。
【0019】
このような構成を基本とする切削用ビット１１は、切削や掘削作業時に切削用ビット１１にかかる負荷を低減するための工夫がビット本体１３になされている。また、ビット本体１３の表面には、ビット本体１３を補強するための肉盛部３７，３８が形成されている。
【0020】
まず、ビット本体１３の形状について説明する。
【0021】
図３に示したように本体軸部３３の太さは、従来よりも細く形成されている。
【0022】
具体的には、本体軸部３３の太さ（直径Ｄ１）を、鍔部３２の直径Ｄ３の０．５～０．６倍にするとともに、チップ１５の直径Ｄ２の２倍以下としている。
【0023】
鍔部３２の直径Ｄ３はホルダの大きさによって決まるが、この鍔部３２の直径Ｄ３が例えばφ７０ｍｍであり、チップ１５の直径Ｄ２がφ２３ｍｍである場合、本体軸部３３の直径Ｄ１はφ３９ｍｍにするとよい。また図４に示したように、鍔部３２の直径Ｄ３が例えばφ１１０ｍｍであり、チップ１５の直径Ｄ２がφ３０ｍｍである場合、本体軸部３３の直径Ｄ１はφ６０ｍｍにするとよい。
【0024】
つぎに肉盛部３７，３８について説明する。
【0025】
肉盛部３７，３８は、ビット本体１３の表面を補強するものであって、多数の超硬粒子３９を有している。肉盛部３７，３８の形成は、超硬粒子３９を溶接しながら付着させて、ビット本体１３の表面に適宜厚の被覆層を形成するように行われる。具体的には、溶接により溶解した鉄の中に超硬粒子３９を落とし込んで沈降させる。溶解した鉄の流れに入った超硬粒子３９は、互いの間の隙間を小さくして密に並ぶ。
【0026】
この肉盛部３７，３８の形成に用いられる超硬粒子３９は、図１に示したように球形状である。球形状とは、完全な球のみをいうのではなく、尖った角のない球のような形状をいい、見た目に球、又はそれに近い形状であれば足りる。この超硬粒子３９は、廃品の超硬合金を粉砕して得るのではなく、粉末冶金によって球形状に成形したものを使用する。
【0027】
超硬粒子３９の大きさは、肉盛部３７，３８の厚さにもよるが、小さい方が好ましい。数ｍｍを超える大きさになると、超硬粒子３９同士の間の隙間が大きくなって肉盛部３７，３８の一体性が低くなるおそれが考えられる。しかし、小さすぎると肉盛部３７，３８を形成する際の作業性が悪くなるおそれがある。このため、超硬粒子３９の粒径は、たとえばφ０．５ｍｍ～φ２ｍｍ程度あるとよく、より好ましくは、φ０．５ｍｍ～φ１．５ｍｍ程度であるとよい。使用する超硬粒子３９の大きさは、統一されていても、バラツキがあってもよい。
【0028】
超硬粒子３９の大きさが前述の範囲の大きさである場合、肉盛部３７，３８の厚さはたとえば３ｍｍ前後であるとよい。
【0029】
肉盛部３７，３８の形成位置は、先端軸部３４の外周面、つまりテーパ面３４ａと、鍔部３２における先側の面３２ａの外周部である。図２に示したように、２箇所の肉盛部３７，３８は、同心の円を描いて形成されることになる。
【0030】
先端軸部３４のテーパ面３４ａの肉盛部３７は、テーパ面３４ａの全体に形成してもよい。また、肉盛部３７の下端部３７ａが本体軸部３３の先端部の垂直な面にまで延設されている。
【0031】
図５に、鍔部３２に形成した肉盛部３８の一部を拡大した写真を示す。この写真に示したように、肉盛部３８に見られる超硬粒子３９は角がない球形状であって、肉盛部３８は全体として緻密な外観を呈している。
【0032】
以上のように構成された切削用ビット１１では、本体軸部３３が従来のものよりも細く、鍔部３２の直径の０．５倍～０．６倍に設定されているので、作業時に切削用ビット１１にかかる負担が軽減され、摩耗が低減される。このため、切削用ビット１１の耐久性を高めることができる。
【0033】
また本体軸部３３の太さはチップ１５の直径の２倍以下であるので、本体軸部３３の強度を維持しながらも太さを抑えることができる。
【0034】
そのうえ、チップ１５を保持している先端軸部３４のテーパ面３４ａには、肉盛部３７が形成されているので、テーパ面３４ａを補強して先端軸部３４の摩耗を低減できる。この点からも、切削用ビット１１の耐久性を高められる。本体軸部３３を従来よりも細くしたため、そのぶんテーパ面３４ａの角度は急になるが、テーパ面３４ａの肉盛部３７は、その下端部３７ａを本体軸部３３の先端部まで延設しているので、肉盛部３７の強度を高められる。
【0035】
また前述のように本体軸部３３が細いぶん、鍔部３２の先側の面３２ａに摩擦力が作用することになるが、鍔部３２の肉盛部３８が鍔部３２の摩耗を抑制するとともに、ホルダを保護する。ホルダの交換は高価であるので、この切削用ビット１１は、ホルダの耐久性を高めるという点からも有益である。
【0036】
しかも、ビット本体１３の表面を補強する肉盛部３７，３８は、球形状の超硬粒子３９で構成されており、多くの超硬粒子３９が密に並び緻密であって、尖った角のない状態となるので、球形状でない角のある超硬粒子からなる従来の肉盛部に比べて強度が高い。このため、耐久性を極めて良好にすることができる。
【0037】
このように、ビット本体１３の形状と肉盛部３７，３８の構成とがあいまって、これまでにない良好な耐久性を得ることができる。
【0038】
以上の構成はこの発明を実施するための一形態であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。
【0039】
たとえば、ビット本体の形状は前述のような鍔部を有するものでなくともよく、その場合には、肉盛部を形成する部位も、摩擦を低減したい部位に適宜設定される。
【符号の説明】
【0040】
１１…切削用ビット
１３…ビット本体
１５…チップ
３１…装着軸部
３２…鍔部
３２ａ…先側の面
３３…本体軸部
３４…先端軸部
３４ａ…テーパ面
３５…凹所
３７，３８…肉盛部
３７ａ…下端部
３９…超硬粒子
１３…ビット本体
１５…チップ
３１…装着軸部
３２…鍔部
３２ａ…先側の面
３３…本体軸部
３４…先端軸部
３４ａ…テーパ面
３５…凹所
３７，３８…肉盛部
３７ａ…下端部
３９…超硬粒子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】