(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
釘等の止め金具打込機に用いられるドライブビットにおいて、少なくとも先端部を、面積率で９％以下の炭化物を含み、かつ硬さが５９ＨＲＣ以上の鉄基の鋼で構成し、該鉄基の鋼は重量％でＣ  ０．５０〜０．８５％、Ｓｉ  ２．２％以下、Ｍｎ  １．０％以下、Ｃｒ  ３．０〜８．０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで２．１〜８．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするドライブビット。
【請求項２】
釘等の止め金具打込機に用いられるドライブビットにおいて、少なくとも先端部を、面積率で９％以下の炭化物を含み、かつ硬さが５９ＨＲＣ以上の鉄基の鋼で構成し、該鉄基の鋼は重量％でＣ  ０．５０〜０．８５％、Ｓｉ  ２．２％以下、Ｍｎ  １．０％以下、Ｃｒ  ３．０〜８．０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで２．１〜８．０％、ＶとＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂで０．５〜３．５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするドライブビット。
【請求項３】
鉄基の鋼のＦｅを重量％で３％以下のＣｏで置換した請求項１または２のドライブビット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮空気等によって往復動するピストンに連結され、釘等の止め金具を衝撃的に打込む動作をする止め金具打込機用部品であるドライブビットにおいて、比較的安価であり、かつ耐摩耗性と耐欠け性を兼ね備えた長寿命のドライブビットの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドライブビットは、例えば図１に示すように、後端のねじ部４でピストン等と連結されて往復駆動され、先端面で釘等の止め金具（以下釘等と記す）を打撃する工具であり、釘等との繰返し衝突に耐えるため、ねじ部４や軸部１は高い耐折損性が、先端部は高い耐摩耗性と高い耐欠け性がそれぞれ要求される。
このドライブビットは、図１Ａに示す一体品および同図Ｂに示す先端に超硬合金や高速度鋼等の耐摩耗性合金等のチップを接合した複合品がある。
【０００３】
図１Ａの合金鋼等の一体品は、先端面の耐摩耗性を得るために、硬さを過度に高くすると軸部あるいはねじ部から折損するため、あまり硬さを高くできずせいぜいＨＲＣ５７程度で用いられるのが常であり、耐摩耗性は十分でなかった。
またこの対策として、ＪＩＳ ＳＫＨ５１等のハイスを一体で削り出し、ＨＲＣ６０程度またはそれ以上の硬さに焼入れ焼戻し熱処理をした後先端以外のねじ部４、軸部１等を部分的にＨＲＣ５０程度に焼戻し軟化する方法も考えられる。この方法で、耐摩耗性は改善されるが、高合金のため折損や欠けの発生が十分抑制できず、かつこの種の材料は高価であり価格上にも問題があった。
【０００４】
図１Ｂのように、軸部１に合金鋼を用い先端に超硬合金製チップ２を接合するものがある。この場合、合金鋼と超硬合金は互いに溶け込みが十分でないため、接合方法としてはろう付けによる。しかし、ろう接部は接合強度が低く、またろう材の疲労のため、超硬合金製チップが接合部３から早期に外れてしまう欠点がある。
また、実公昭５９−２４４６８号は、合金鋼の先端に溶製ハイス(ＪＩＳ ＳＫＨ５１)をろう付けすることを提案している。しかし、ろう付けは、前記のように接合強度等が低く、要求を十分満足するものではなかった。
【０００５】
また、特公平７−４１５４５号は、軸部１に合金鋼を用い、その先端に粉末焼結ハイス製チップ２を摩擦溶接等により溶接接合するものを開示している。
これによるものは、耐摩耗性、耐欠け性、接合強度が高く比較的苛酷な使用に耐える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特公平７−４１５４５号で、粉末ハイス製チップは、高合金化により高耐摩耗性を図りつつ、靭性、つまり耐欠け性の低下を小幅に止め、かつ高強度の接合を実現した点で有効である。しかし、欠けを十分に抑制できないこと、および高価格となる等の問題点がある。
本発明は、ドライブビットの使用条件に適合した最適な材料を用いることにより、耐摩耗性と耐欠け性を兼備した先端部を有し、さらには低価格性または耐折損性にも優れたドライブビットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ドライブビットの先端部用材料として、種々の材料を試用した結果、通常耐摩耗性の向上に対して重要な役割をなすＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ等の炭化物（本願において、炭化物とはセメンタイト以外のものをいう。・・・以下本発明では特定の炭化物と記す)を特定の存在量以下に制限し、一方硬さを十分に保持させることで、ドライブビットに課せられる条件下での耐摩耗性は、大きく低下することなく、炭化物量を制限したことによる靭性向上の効果が欠けを抑制することを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は釘等の止め金具打込機に用いられるドライブビットにおいて、少なくとも先端部を、面積率で９％以下の炭化物を含み、かつ硬さが５９ＨＲＣ以上の鉄基の鋼で構成し、該鉄基の鋼は重量％でＣ  ０．５０〜０．８５％、Ｓｉ  ２．２％以下、Ｍｎ  １．０％以下、Ｃｒ  ３．０〜８．０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで２．１〜８．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるドライブビットである。
また本発明は釘等の止め金具打込機に用いられるドライブビットにおいて、少なくとも先端部を、面積率で９％以下の炭化物を含み、かつ硬さが５９ＨＲＣ以上の鉄基の鋼で構成し、該鉄基の鋼は重量％でＣ  ０．５０〜０．８５％、Ｓｉ  ２．２％以下、Ｍｎ  １．０％以下、Ｃｒ  ３．０〜８．０％、ＭｏとＷの１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗで２．１〜８．０％、ＶとＮｂの１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂで０．５〜３．５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるドライブビットである。
【０００９】
結果論的に考えると、ドライブビットの先端面（前者）の摩耗メカニズムは、衝撃的高接触面圧力の繰返しによるものであり、通常の摩耗メカニズム、例えば大越式摩耗試験機に代表される、ある接触面圧力下で大きく摺動摩擦されるもの（後者）とは、かなり異なったものとなると思われる。そして、後者のメカニズムに対しては、炭化物等硬質の粒子が効果的に耐摩耗性を向上するが、前者に対してはむしろマトリックスの耐圧縮疲労強度が大きく関係し、炭化物等の役割は比較的少なく、むしろ炭化物等が多量に存在することによる靭性低下が欠けを誘発しやすく、またはこれを防止するため、十分高硬度となし得ない点で疲労強度を低下する結果となると思われる。
【００１０】
そこで、本発明では、先端部の鋼の材料として、特定の炭化物の量を面積率で9%以下とするとともに、硬さを５９ＨＲＣ以上の鉄基の鋼とした。
特定の炭化物は、衝撃的高接触面圧力による接触においても、やはり耐摩耗性の維持の上から適量必要である。しかし、その量が９％を越えると、前述のようにドライブビットとしての耐欠け性を大きく低下する。このため、本発明では特定の炭化物量は面積率で９％以下とした。
また、硬さは耐摩耗性、耐疲労強度を保持する点から十分な硬さとする必要がある。本発明では、先端部の硬さを５９ＨＲＣ以上とした。該部の硬さが５９ＨＲＣ未満では、耐摩耗性が不十分となる。
【００１１】
望ましい特定の炭化物の量は、８〜１面積％、硬さはＨＲＣ６０〜６４であり、通常は熱処理して６２ＨＲＣ程度で使用するのがよい。
特定の炭化物の量は、その化学成分に強く依存する。すなわち、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ等の添加量とそれに見合って炭素量を増加、減少することにより、特定の炭化物の面積率を調整することができる。この際、表１の各例を規準とするとよい。また特定の炭化物の量は焼入れ温度の上昇につれて低下する。
また、硬さは熱処理条件、特に焼戻し温度により大きく変化する。すなわち、焼戻し温度を上昇することにより、熱処理硬さを低下することができる。
【００１２】
次に本発明の成分について述べる。
ＣはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂと炭化物を形成して耐摩耗性を付与するとともに、他の一部はマトリックスを強化する作用を有し、先端部に耐摩耗性、耐疲労性を与える。Ｃが０．５０％未満であるとこの作用が不十分となり易く、一方Ｃが０．８５％を越えると靭性を低下して欠けを生じ易くする。したがって、Ｃの望ましい範囲は、Ｃ  ０．５０〜０．８５％であり、より望ましい範囲は０．６０〜０．７０％である。
Ｓｉは脱酸剤として通常この種の鋼に０．１５〜０．４％を含有させるが、さらに増加しても靭性の低下は少なく、また耐摩耗性を増加する。本発明が目的とする耐衝撃性としては２．２％まで添加しても衝撃値の低下は僅少である。しかし、２．２％を越えると機械加工性が低下し、また焼なまし硬さが高くなるため、上限は２．２％とするとよい。Ｓｉのより望ましい範囲は、０．３〜２．０％である。
【００１３】
Ｍｎは脱酸剤として通常含有される１．０％以下の範囲とするのがよい。Ｍｎの望ましい範囲は０．１〜１．０％である。
Ｃｒは３．０〜８．０％添加する。すなわち、３％未満では焼戻し抵抗、耐摩耗性および焼入れ性を減じ、８．０％を越えると脆化するため本発明においてはこの範囲とするとよく、より望ましくは３．５〜６．５％である。
【００１４】
ＷおよびＭｏは焼戻し二次硬さを増し、耐摩耗性を上昇する。しかし、その量が増加すると共晶炭化物が多くなり靭性を低下する。焼戻し温度 ５５０℃以上でＨＲＣ５９以上を与え、高い衝撃値を得るためには、Ｍｏ＋１／２Ｗで２．１〜８．０％が適当である。Ｍｏ＋１／２Ｗが８．０％を越える場合は、衝撃性が低下し、Ｍｏ＋１／２Ｗが２．１％未満の場合は焼入れ後の残留炭化物量が減少する結果、ビットに必要な耐摩耗性が低下するし、オーステナイトの結晶粒粗大化温度が低下し、この粗大化温度以上から焼入れすると焼戻し硬さは得られるが靭性が低くなり、また粗大化温度以下から焼入れすると靭性は得られるが、焼戻し硬さが出ないようになる。したがって、Ｍｏ＋１／２Ｗは２．１〜８．０％とするとよい。より望ましくは、この値を２．５〜６．０％とするとよく、さらに望ましくはＭｏ１種で２．０〜５．０％とするとよい。
【００１５】
Ｖは耐摩耗性を著しく増大し、同時にオーステナイト結晶粒の粗大化防止ならびに焼戻し硬さ上昇に効果がある。
Ｎｂは鋳造組織を微細化すると共に、Ｖと同様にオーステナイト結晶粒の成長を抑止するのに有効な元素である。なお、Ｎｂは焼入れ温度範囲を拡げると同時にこれらの無添加鋼と比較し耐衝撃性も増加する。
Ｖ＋１／２Ｎｂが０．５％未満では耐摩耗性が不足し、オーステナイト結晶粒の成長が顕著となり易い。また、Ｖ＋１／２Ｎｂ量が増加するにしたがって、被加工性が悪くなり、衝撃値も次第に低下するが、Ｖ＋１／２Ｎｂが３．５％以下では衝撃値の低下は少ない。よって、上限を３．５％とするとよく、より望ましくは１．０〜２．５％である。
【００１６】
なお、本発明において、ＴｉとＺｒは、Ｎｂとほぼ同様に鋳造組織を微細化してオーステナイト結晶の粒化、耐衝撃性に効果があるが、０．１％を越えると地疵を増加するから、許容量はそれぞれ０．１％以下とする。
Ｃｏは結晶粒の粗大化を起こすことなく、焼入温度を上げることができるため、高硬度での衝撃値を大きくして、欠け防止に寄与する。しかし、Ｃｏ ３％を越えると、鍛造性や機械加工性を低下するから、添加量は３％以下とするのがよい。
なお、Ｓ，Ｐ等の微量不純物元素は溶解過程において混入する程度、すなわち０．０５％以下ならば混入しても差し支えなく、またＣｕ，Ｎｉ等の元素は少量の混入または添加が行なわれても衝撃特性に大差を生じないのでそれぞれ１％以下の含有は許容される。
なお、本発明のドライブビットは、特定の炭化物の量を制限したので、高価な合金元素の添加量が少なく、かつ溶製材とし得るので、材料が比較的低廉であり、また被削性も高いから、一体品とすることが有利で、一体品とすると接合に起因する溶接部の組織粗大化、高硬度等による靭性低下等のトラブルを回避でき、不難かつ安価となる。しかし、特に大型の場合は、合金鋼の軸材の先端に摩擦溶接等による溶接接合したものが安価となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例で説明する。
本発明を含む耐衝撃工具鋼による一体品、および軸部１としてＪＩＳ ＳＫＤ６１を用い、所定のチップをろう付けまたは摩擦溶接により接合したドライブビットを寿命試験に供した。
表１に全体構成、先端部の化学成分、硬さおよび特定の炭化物の面積率、ならびにこれによるドライブビットの寿命の状況および従来のＮｏ．２０の寿命を１．０とした時の寿命を指数で示す。なお、被釘打材は、軽溝型鋼である。なお、寿命値は５本の平均値であり、本発明品は溶製材の一体品とした。
なお、本発明品としてＳＫＤ６１の軸材に、合金Ａ（硬さは表１の３種にほぼ一致）のチップを摩擦溶接するテストを行なったが、溶接状況に異常なく、寿命はそれぞれほぼ表１と同様であった。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
本発明品のうち、特定炭化物を約３面積率％またはそれ以下と低くしたもの（Ｎｏ．５，６，７，８，１１，１２，１３）は、従来の粉末ハイスチップを摩擦溶接したものであり、いわば最高級品（Ｎｏ．２０）に対し、９０〜９５％の寿命を示し、寿命的にはやや低いが、コスト対比では下記のように優れている。また、特定炭化物の面積率を５％前後かつ硬さを６２ＨＲＣ程度としたもの（Ｎｏ．２，９）では、Ｎｏ．２０に対し７〜８％の高寿命化となることがわかる。上記Ｎｏ．５等はＮｏ．２０に対して、寿命でやや劣るが、チップの材料費および溶接接合費の点から寿命／コストでは大幅に有利なものである。なお、いずれのドライブビットとも折損は生じなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のドライブビットは、その先端に課せられた特殊な摩耗条件に適合する最適の材料を選定されたものであり、先端部は耐摩耗性と耐欠け性を兼備し、長寿命をもたらすものである。
また、本発明のドライブビットは、先端部として比較的低合金の材料を用いるから、高靭性のため耐折損性が高く、かつ一体品としても材料費は低く、これにより溶接等の接合費を節減でき、かつ接合に伴う欠陥の発生を防止することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドライブビットの形状の一例および構造を示す図である。
【符号の説明】
１  軸部、２  チップ、３  接合部、４  ねじ部、Ａ  一体品、Ｂ  複合品
【図１】
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