(57)【要約】【課題】  高炉の出銑口の補修作業等の高温条件下で使用される掘削工具であっても、ビットを安定的に強固に固定して、チップの脱落やチップの欠損等を防止でき、寿命の延長を図ることができる掘削工具及びこの掘削工具の製造方法を提供する。【解決手段】  回転可能なロッドの先端に取り付けられるビット本体を有し、該ビット本体の先端部には、硬質材料で構成されたチップ３０が配置される掘削部１２が形成され、掘削部１２には、前記ビット本体の先端面から先端部が突出するようにチップ３０が配置された掘削工具１であって、チップ３０と掘削部１２との間にチップ３０が固定される固定部材４０が備えられ、チップ３０と固定部材４０との間に第１接合部が形成されるとともに、固定部材４０と掘削部１２との間に第２接合部２２が形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なロッドの先端に取り付けられるビット本体を有し、該ビット本体の先端部には、硬質材料で構成されたチップが配置される掘削部が形成され、該掘削部には、前記ビット本体の先端面から先端部が突出するように前記チップが配置された掘削工具であって、
前記チップと前記掘削部との間に前記チップが固定される固定部材が備えられ、前記チップと前記固定部材との間に第１接合部が形成されるとともに、前記固定部材と前記掘削部との間に第２接合部が形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
前記第１接合部と前記第２接合部とが、互いに異なる構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
【請求項３】
前記チップと前記固定部材とはろう付けにて接合され、前記第１接合部としてろう材部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削工具。
【請求項４】
前記固定部材は、前記掘削部に溶接にて接合され、前記第２接合部として溶接部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の掘削工具。
【請求項５】
前記固定部材と前記掘削部とが、同じ材質で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の掘削工具。
【請求項６】
前記チップは、円柱状に形成された嵌合部を有し、
前記固定部材は、前記チップの前記嵌合部が嵌挿可能な凹部を有するスリーブであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の掘削工具。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の掘削工具を製造する掘削工具の製造方法であって、
前記チップと前記固定部材とを接合する第１接合工程と、該第１接合工程の後に、前記固定部材と前記掘削部とを接合する第２接合工程とを有することを特徴とする掘削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉や転炉の出銑口に付着した溶銑の除去作業等の高温条件下で使用される掘削工具及びこの掘削工具の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高炉から転炉等へ溶銑を排出する際には、出銑口を閉塞しているマッド材を穿孔して開口部を形成し、この開口部から溶銑を排出させることで行われ、所定量の溶銑を排出した後に再びマッド材にて出銑口を閉塞することになる。
このように、高炉から出銑口を通じて溶銑の排出を繰り返し行うことによって、出銑口に、溶銑やスラグ等が付着して出銑口がマッド材以外で閉塞してしまい、溶銑の排出が良好に行うことができなくなってしまうことがあった。また、マッド材自体に溶銑等が浸潤することによってマッド材が劣化してしまい、マッド材による出銑口の閉塞が不十分となって溶銑が漏れ出すおそれがあった。
【０００３】
そこで、定期的に出銑口に付着したスラグや溶銑を除去したり、劣化したマッド材を除去して新しいマッド材にて出銑口を閉塞したりするなどの出銑口の補修作業を行う必要がある。この補修作業を容易に行うために、特許文献１では、掘削工具を用いて出銑口に穿孔を施す方法が提案されている。
このような補修作業に用いられる掘削工具は、後端側が軸線を中心とする円柱状をなす取付部とされて先端側が円板状をなす掘削部とされたビット本体を有し、この円板状の掘削部の先端面に、超硬合金等の硬質材料で構成されたチップが掘削部の先端面から突出するように多数固定されたものである。
【０００４】
この掘削工具は、回転可能なロッドの先端部に取り付けられ、軸線回りに回転させられるとともに軸線方向に送り込まれ、ビット本体の掘削部先端面に固定された超硬合金製のチップで出銑口に付着した溶銑やスラグを掘削除去して、出銑口を開口させることができるものである。
【特許文献１】特開平０９−１５７７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した出銑口の補修作業に使用される掘削工具においては、チップを掘削部に固定する際に、ろう付けによって固定したものや溶接によって固定したものが提供されている。
チップをろう付けにて固定した掘削工具では、高温条件下での使用に耐え得るように高融点のろう材、例えば融点１０８３℃の銅ろう材等を用いる必要があり、ろう付けする際にろう材の融点以上の温度、銅ろう材であれば１０８３℃以上の高温にチップとビット本体とを加熱する必要があった。
【０００６】
ここで、ビット本体は、後端側に円柱状の取付部が形成されるとともに先端側に円板状の掘削部が形成されており、ろう付けするチップに対して体積が非常に大きく熱容量が大きくなり、このビット本体全体をろう材の融点以上に加熱することは熱効率が非常に悪いとともに、大容量のビット本体を加熱できる大型の加熱炉が必要となるため、この掘削工具の製造コストが高くなってしまうといった問題があった。特に、掘削部がなす円板の外径が大きい掘削工具では、その傾向が顕著であり、大径の掘削工具を低コストで製造することは困難であった。また、体積の大きなビット本体を加熱した場合には、局部的に加熱不足となる部分が生じるおそれがあり、チップを安定してろう付けできないといった問題があった。
【０００７】
一方、チップを溶接にて固定した掘削工具では、溶接工程において超硬合金等で構成されたチップを急速加熱・急速冷却することとなり、この熱衝撃によって超硬チップに微細なクラックが生じて、チップが欠損してしまうおそれがあった。また、溶接時の局部加熱によって溶接部位には残留応力が生じるので、この残留応力を低減するために比較的軟質な溶接棒、例えば、軟鋼用溶接棒を使用することがあるが、軟質な溶接棒にて溶接部を形成した場合には、掘削時に軟質な溶接部が優先的に摩耗してしまい、チップが脱落してしまうといった問題があった。
【０００８】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高炉の出銑口の補修作業等の高温条件下で使用される掘削工具であっても、チップを安定的、かつ強固に固定して、チップの脱落やチップの欠損等を防止し、工具寿命の延長を図ることができる掘削工具及びこの掘削工具の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、回転可能なロッドの先端に取り付けられるビット本体を有し、該ビット本体の先端部には、硬質材料で構成されたチップが配置される掘削部が形成され、該掘削部には、前記ビット本体の先端面から先端部が突出するように前記チップが配置された掘削工具であって、前記チップと前記掘削部との間に前記チップが固定される固定部材が備えられ、前記チップと前記固定部材との間に第１接合部が形成されるとともに、前記固定部材と前記掘削部との間に第２接合部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成の掘削工具では、チップとビット本体の掘削部との間に固定部材が備えられており、この固定部材とチップとの間に第１接合部が形成されているので、チップを固定部材に接合する際に、体積の大きなビット本体を取り扱うことなく接合作業を行うことが可能となる、したがって、チップと固定部材との接合方法についての選択の幅が広がり、適宜の接合方法にて接合でき、チップと固定部材とを安定かつ確実に接合することができる。
また、チップを直接ビット本体の掘削部に固定せず固定部材を介して固定されるので、固定部材と掘削部との接合作業を行う際のチップへの影響が少なく、固定部材及び掘削部の材質を考慮した上で適宜の接合手段によって接合することができ、固定部材と掘削部とを安定かつ確実に接合できる。
【００１１】
ここで、前記第１接合部と前記第２接合部とを互いに異なる構成とすることにより、チップおよび固定部材の材質や形状を考慮した上で最適な接合方法を選択でき、かつ、固定部材およびビット本体の掘削部の材質や形状を考慮した上で最適な接合方法と選択することができる。よって、チップを固定部材を介してビット本体の掘削部に強固に固定することができ、掘削時にチップが脱落することを防止できる。
【００１２】
例えば、前記チップと前記固定部材とをろう付けにて接合し、前記第１接合部としてろう材部を形成することにより、チップを固定部材にろう付けする際に、体積の大きいビット本体を加熱する必要がなく、比較的体積の小さなチップと固定部材のみを加熱してろう付けすることが可能となり、チップのろう付けを安定かつ確実に行うことができる。また、ろう付けの際に大型の加熱炉を使用する必要がないので、ろう付けを低コストで行うことができる。
【００１３】
また、前記固定部材を前記掘削部に溶接にて接合して前記第２接合部として溶接部を形成することにより、チップを急速加熱・急速冷却することなく、かつ、残留応力の低減を図る為に軟質の溶接棒を使用することなく固定部材と掘削部とを強固に接合できる。したがって、チップにクラック等が生じるおそれがないとともに、軟質な溶接部が形成されないので掘削作業時に溶接部が優先摩耗してチップが脱落するおそれがなく、チップが安定的にかつ強固に固定された掘削工具を提供できる。
【００１４】
さらに、前記固定部材と前記掘削部とを同じ材質で構成することにより、固定部材と掘削部との接合を強固にすることができ、例えば前述したように溶接によって接合する場合には容易にかつ強固に接合することができる。また、前述のような高温条件下において掘削部に熱膨張が生じても固定部材も同じ膨張率で熱膨張するため、固定部材と掘削部との間の第２接合部を安定化させることができる。
【００１５】
また、前記チップに円柱状の嵌合部を形成し、前記固定部材を、前記チップの前記嵌合部が嵌挿可能な凹部を有するスリーブとすることにより、チップを確実に固定部材に保持することができるのは勿論、チップの嵌合部の外周面とスリーブの凹部の内周面とを接合することとなって、接合面積を確保でき、チップと固定部材（スリーブ）とを強固に接合することができる。また、固定部材が凹部を有するスリーブとされているので、固定部材の製作が容易であり、固定部材を低コストで製作することができる。
また、スリーブの外周面を掘削部との接合に使用できるので、スリーブと掘削部との接合面積も確保でき、スリーブと掘削部とを強固に接合することができる。
【００１６】
また、前記チップと固定部材とを接合する第１接合工程と、該第１接合工程の後に、前記固定部材と前記掘削部とを接合する第２接合工程とを有することを特徴とする本発明の掘削工具の製造方法では、前述した本発明の掘削工具を確実に製造することができる。
【００１７】
したがって、本発明によれば、高炉の出銑口の補修作業等の高温条件下で使用される掘削工具であっても、チップを安定的に強固に固定して、チップの脱落やチップの欠損等を防止でき、寿命の延長を図ることができる掘削工具及びこの掘削工具の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について、添付した図面を参照して説明する。図１から図４に、本発明の実施の形態である掘削工具を示す。
掘削工具１は、軸線Ｏ回りに回転されるビット本体１０と、このビット本体１０の先端面に固定された複数のチップ３０と、これらチップ３０とビット本体１０の先端面との間に備えられたスリーブ４０とで構成されており、軸線Ｏに対して回転対称な構成とされている。
【００１９】
ビット本体１０は鋼材で構成され、図３に示すように、外形が軸線Ｏを中心とした多段円柱状に形成されており、ビット本体１０の後端側（図３において上側）が、図示しないロッドに取り付けるための取付部１１とされ、この取付部１１の外周面には、ロッドへの取付用のネジ部１１Ａが形成されている。なお、このネジ部１１Ａの先端部（根元部分）にはワッシャーが取り付けられている。
また、ビット本体１０の先端側（図３において下側）は、取付部１１よりも大径とされて概略円板状をなす掘削部１２とされている。
【００２０】
ビット本体１０の内部には、取付部１１の後端面に開口して軸線Ｏに沿って掘削部１２の後端部分にまで達するようにエア孔１３が穿設されており、このエア孔１３から掘削部１２の先端面に延びるようにエア供給孔１４が複数形成され、エア供給孔１４の掘削部１２先端面の開口部にはノズルが取り付けられてエアの噴出口１５とされており、本実施形態では、図４に示すように６つの噴出口１５が形成されている。
【００２１】
ビット本体１０の掘削部１２の先端面は、中央部が後端側へ凹んで外周部分が先端側に凸となるような形状とされており、この先端側に凸とされた部分が、チップ３０が配置されるスリーブ固定部１６とされている。
このスリーブ固定部１６には、図４に示すように、内周側から外周側に延びる溝１７が軸線Ｏを中心に放射線状に円周方向に等間隔に形成されており、この溝１７によってスリーブ固定部１６は６つのブロックに分割されており、これらの各ブロックに前記の噴出口１５が一つずつ形成されている。また、掘削部１２の外周面には、前記溝１７の外周端に連なって軸線Ｏと平行に延びる外周溝１８が、それぞれの前記溝１７に連なるようにそれぞれ形成されている。
【００２２】
また、スリーブ固定部１６には、スリーブ４０が嵌め込められるスリーブ嵌入孔１９が複数（図４に示すように、本実施形態では、ひとつのブロックに８ヶ、ビット本体１０全体で４８ヶ）形成されている。このスリーブ嵌入孔１９は、図１及び図２に示すように略凹円錐面状をなす内周面の中程に、後述するスリーブ４０が嵌め込み可能な断面Ｌ字状の環状溝が形成された構成とされている。
【００２３】
チップ３０は、超硬合金等の硬質材料から構成されており、チップ３０の先端側（図１及び図２において上側）は、掘削に使用される切刃部３１とされ、この切刃部３１は、先端側に向かうにしたがい漸次近づく一対の傾斜平面３２Ａ、３２Ｂと、これら一対の前記傾斜平面３２Ａ、３２Ｂが近づく方向に対して直交する方向に延びるとともに一対の傾斜平面３２Ａ、３２Ｂと滑らかに接続して先端側に凸となるように形成された凸曲面部３３と、一対の前記傾斜平面３２Ａ、３２Ｂが近づく方向に対して直交する方向において先端側に向かうにしたがい漸次近づき、前記傾斜平面３２Ａ、３２Ｂと凸曲面部３３とに滑らかに連なる一対の傾斜曲面３４Ａ、３４Ｂとで構成されている。
【００２４】
言い換えれば、切刃部３１は、これら傾斜曲面３４Ａ、３４Ｂが錐面をなす円錐を、その中心軸に直交する方向に延びる前記凸曲面部３３と、この凸曲面部３３に滑らかに接続して前記円錐の中心角よりも大きな角度で凸Ｖ字状に交差する前記傾斜平面３２Ａ、３２Ｂとで切り欠いたような形状とされているのである。
また、チップ３０の後端側（図１及び図２において下側）は、前記切刃部３１に滑らかに連なる円柱状に形成されており、この円柱状をなす部分がスリーブ４０への嵌合部３５とされている。
【００２５】
スリーブ４０は、ビット本体１０と同材質である鋼材で構成され、外形が概略円柱状をなしており、スリーブ固定部１６のスリーブ嵌入孔１９に嵌入可能な形状とされている。そして、このスリーブ４０には、断面円形をなす凹部４１が形成されており、この凹部４１は前記チップ３０の嵌合部３５が嵌挿可能な形状とされている。つまり、スリーブ４０は、スリーブ嵌入孔１９の内径と略同径の外周面４２Ａと、チップ３０の嵌合部３５の外径と略同径の内周面４２Ｂとを備えたリング状の側壁面４２を有しているのである。なお、本実施形態では、スリーブ４０は底板部を有して、厳密には有底円筒状とされ、この底板部中央には貫通孔が穿設されている。
【００２６】
これらのチップ３０とスリーブ４０とビット本体１０とが、次のように組み付けられて掘削工具１が構成されることになる。
まず、第１接合工程としてチップ３０とスリーブ４０とのろう付けを行う。高融点のろう材として純銅ろう材（融点１０８３℃）が用いられ、このろう材とともに、凹部４１にチップ３０の嵌合部３５を挿入する。この状態で加熱炉の中に装入して加熱を行い、スリーブ４０とチップ３０とをろう付けする。これによって、スリーブ４０とチップ３０との間にろう材部２１が形成され、スリーブ４０とチップ３０とが接合される。
【００２７】
次に、第２接合工程として、チップ３０がろう付けされたスリーブ４０をビット本体１０のスリーブ固定部１６に接合する。スリーブ４０をスリーブ嵌入孔１９に嵌めこませ、このスリーブ４０の外周面とスリーブ嵌入孔１９との間を高張力鋼用溶接棒で構成された溶接棒を用いて溶接を行い、スリーブ４０の外周面とスリーブ嵌入孔１９との間に肉盛状に溶接部２２を形成してスリーブ４０を接合する。なお、この溶接部２２は、そのスリーブ固定部１６の表面からの高さが、スリーブ４０外周面からの厚さよりも大きくされている。また、スリーブ４０の先端面とチップ３０の切刃部３１後端外周面との間に、ろう材部２１の保護用の溶接部を設けてもよい。
さらに、スリーブ４０に接合された各チップ３０は、軸線Ｏ方向先端側から見て図４に示すように前記凸曲面部３３が軸線Ｏからその略径方向に沿って放射状に延びるように、すなわち前記傾斜平面３２Ａ、３２Ｂがビット本体１０の周方向を向くようにして取り付けられている。
【００２８】
このように構成された掘削工具１は、ビット本体１０後端側に設けられた取付部１１外周側のネジ部１１Ａを介して図示しないロッドに取り付けられ、軸線Ｏを中心として回転されるとともに、軸線Ｏ先端方向に送られ、出銑口に付着した溶銑やスラグ等の被掘削材に押し当てられることにより、チップ３０の切刃部３１によって被掘削材を粉砕する。被掘削材が粉砕されることによって発生した掘削屑は、エア孔１３及びエア供給孔１４を通じて噴出口１５から噴出されたエアによって吹き飛ばされ、溝１７及び外周溝１８を通じて掘削工具１の外部へと排出される。
【００２９】
この構成の掘削工具１では、チップ３０がスリーブ４０にろう付けされているので、ろう付けを行う際に、ビット本体１０全体を加熱する必要がなく、体積が小さく熱容量の小さなスリーブ４０とチップ３０とを加熱すればよい。よって、加熱時の熱効率がよいとともに、小型の加熱炉（真空炉）でろう付けできるので、チップ３０とスリーブ４０とのろう付けを低コストで行うことができる。また、小型のチップ３０とスリーブ４０とを加熱しているので、ろう付け面全体が十分に加熱され、チップ３０とスリーブ４０とを安定かつ強固にろう付けすることができる。
【００３０】
また、スリーブ４０が掘削部１２のスリーブ嵌入孔１９に嵌めこまれて溶接されているので、チップ３０を直接溶接することがなくなり、溶接の際の急速加熱及び急速冷却による熱衝撃によってチップ３０にクラック等が生じるおそれがなく、チップ３０の欠損等を防止できる。また、チップ３０自体を溶接しないので、軟鋼用溶接棒等の軟質の溶接棒を使用する必要がなく、高張力鋼用溶接棒等の比較的硬質の溶接棒にて溶接できるので、掘削時に溶接部２２が優先摩耗してチップ３０が脱落することを防止できる。
【００３１】
また、スリーブ４０とビット本体１０（掘削部１２）とが同材質の鋼材で構成されているので、スリーブ４０とスリーブ嵌入孔１９との接合が容易となるとともに、接合強度を向上させることができる。また、この掘削工具１を出銑口の掘削等の高温条件下において使用された場合でも、掘削部１２とスリーブ４０とが同じ膨張率で熱膨張するので、スリーブ４０と掘削部１２との接合状態を安定させることができる。
【００３２】
ここで、スリーブ４０が、スリーブ嵌入孔１９の内径と略同径の外周面４２Ａと、チップ３０の嵌合部３５の外径と略同径の内周面４２Ｂとを備えたリング状の側壁面４２を有しているので、スリーブ４０とチップ３０とのろう付け面積が確保できるとともに、スリーブ４０とスリーブ嵌入孔１９との接合面積を確保することができる。よって、チップ３０とスリーブ４０とが確実にろう付けされるとともに、スリーブ４０がスリーブ嵌入孔１９に確実に固定されるので、チップ３０をビット本体１０に強固に固定でき、掘削抵抗によってチップ３０が脱落することを確実に防止できる。
また、固定部材が凹部４１を有するスリーブ４０であるため、スリーブ４０を低コストで製造することができる。
【００３３】
また、この掘削工具１の製造方法として、チップ３０とスリーブ４０とのろう付けを行う第１接合工程の後に、スリーブ４０と掘削部１２のスリーブ固定部１６とを溶接する第２接合工程が設けられているので、体積が小さく熱容量の小さなスリーブ４０とチップ３０とを高温でろう付けして強固に固定できるとともに、スリーブ４０とスリーブ固定部１６との溶接工程において、チップ３０に溶接時の熱衝撃が加わることを防止できる。よって、前述した掘削工具１を安定して提供することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、ひとつの固定部材（スリーブ）にひとつのチップを固定したもので説明したが、これに限定されることはなく、複数のチップをひとつの固定部材に固定するものであっても良く、チップの大きさと固定部材の体積、及び加熱炉の容量などを考慮して、適宜決定することが好ましい。
また、チップの数や配置、溝の数や配置などは、特に限定はなく、ビット本体の外径や被掘削材等を考慮して、適宜決定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態である掘削工具のチップとスリーブと掘削部との接合部分の詳細図である。
【図２】図１におけるＸ方向矢視図である。
【図３】本発明の実施形態である掘削工具の側面部分断面図である。
【図４】図３におけるＹ方向矢視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  掘削工具
１０  ビット本体
１２  掘削部
２１  ろう材部（第１接合部）
２２  溶接部（第２接合部）
３０  チップ
３５  嵌合部
４０  スリーブ（固定部材）
４１  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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