(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟質の鉄系金属からなる鋼管と、鋼管の内部に充填された焼結超硬合金粒子とからなる肉盛用溶接材において、
前記焼結超硬合金粒子は、コバルトあるいはコバルトとニッケルの結合相中に炭化タングステンを分散配置させたものであるとともに、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム及びクロムのうちの１種または２種以上を、前記焼結超硬合金粒子の質量に対して０．４〜５．０Mass％含むものとされ、前記結合相を前記焼結超硬合金粒子の質量に対して２．０〜２０．０Mass％とされ、かつ該焼結超硬合金粒子の粒径が７メッシュ〜８０メッシュの範囲のものとされて、前記肉盛用溶接材の質量に対する前記焼結超硬合金粒子の質量比率が４５〜７０Mass％とされていることを特徴とする肉盛用溶接材。
【請求項２】
請求項１記載の肉盛用溶接材において、
前記焼結超硬合金粒子は、フェロマンガン及びフェロシリコンの１種または２種を、前記肉盛用溶接材の質量に対する質量比率で０．５〜５．０Mass％含むことを特徴とする肉盛用溶接材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の肉盛用溶接材において、
前記焼結超硬合金粒子は、その硬度がＨＲＡで８６〜９５とされていることを特徴とする肉盛用溶接材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の肉盛用溶接材において、
前記焼結超硬合金粒子は、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲に留まる粒径を備えたものの質量比率が、少なくとも８０Mass％以上であることを特徴とする肉盛用溶接材。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の肉盛用溶接材において、
前記鋼管の内部には、前記焼結超硬合金粒子とともに珪酸ソーダが充填され、該珪酸ソーダの前記肉盛用溶接材の質量に対する質量比率が、０．５〜３．０Mass％とされていることを特徴とする肉盛用溶接材。
【請求項６】
鋼製の工具本体の先端側に硬質刃体が植設された掘削工具において、
前記硬質刃体を除く掘削工具の外面の少なくとも一部に、請求項１から請求項５のいずれかに記載の肉盛用溶接材が肉盛溶接されて硬装されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項７】
硬質刃体を除く掘削工具の外面の少なくとも一部に固着して前記掘削工具を硬装するための摩耗防止用プレートであって、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の肉盛用溶接材が肉盛溶接されていることを特徴とする摩耗防止用プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば岩石や地盤などの掘削に用いられる掘削工具を硬装するための肉盛用溶接材及びこれを用いて硬装した掘削工具並びに摩耗防止用プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば岩石や地盤などを掘削するための掘削工具には、その先端側に例えば炭化タングステンを焼結して形成された硬質刃体が植設され、特に硬質刃体近傍の工具本体が掘削に伴って摩耗することを防止するため、この硬質刃体近傍に、例えばマルテンサイト系溶接材や質量比率で３０Mass％のクロム（Ｃｒ）を含む鉄系溶接材によって硬化肉盛層を形成して掘削工具の硬装化を図ったものがある。
【０００３】
しかしながら、マルテンサイト系溶接材や質量比率で３０Mass％のクロム（Ｃｒ）を含む鉄系溶接材によって形成した硬化肉盛層は、炭化タングステンを焼結した硬質刃体よりもその硬度が小さく、掘削工具の硬質刃体近傍の摩耗を十分に抑制するには至っていなかった。これに対して、硬化肉盛層を形成するための肉盛用溶接材には、例えば軟質の鉄系金属からなる鋼管の内部に、炭化タングステン（ＷＣ）または炭化タングステンと一炭化二タングステン（Ｗ２Ｃ）の共晶を例えばコバルト（Ｃｏ）などの結合相中に結合した焼結超硬合金粒子を充填したものが存在する（例えば、特許文献１参照）。このような、炭化タングステンを含む焼結超硬合金粒子を備えた肉盛用溶接材を用いて、例えばガス溶接や電気溶接などにより掘削工具の硬質刃体近傍に肉盛溶接した場合には、鋼管の結合金属中に焼結超硬合金粒子が分散されて、非常に大きな硬度を有する硬化肉盛層が形成されるため、掘削工具の耐摩耗性を向上させることが可能とされる。
【特許文献１】特開平６−２６９９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の肉盛用溶接材及びこれを用いて硬装した掘削工具においては、炭化タングステンを備えた焼結超硬合金粒子が、非常に大きな硬度を有する反面、逆に靭性が低下してしまい、特に衝撃力を付加して掘削を行なうような掘削工具においては、硬化肉盛層中の焼結超硬合金粒子が衝撃に伴い先行して破壊され、硬化肉盛層に欠損が生じ、その結果として、掘削工具の寿命を満足するものにし得ない場合があるという問題があった。
【０００５】
また、溶接時に、焼結超硬合金粒子と鋼管が溶融した結合金属の境界において、その反応が十分に進行しない状態で硬化し、硬化肉盛層が形成されてしまう場合があり、このような場合には、焼結超硬合金粒子と結合金属とが強固に溶着せず、掘削に伴って焼結超硬合金粒子が硬化肉盛層から脱落しやすくなってしまうという問題もあった。
【０００６】
この一方で、特開平１０−２５８３９０号公報に開示されているような、焼結超硬合金粒子を、結合相の質量比率を２．０〜５．０Mass％とするとともに、相対密度が９８％未満となるポーラスな構成とした肉盛用溶接材もある。この肉盛用溶接材においては、焼結超硬合金粒子にその硬度を維持しつつ靭性を付与し、溶接時には、結合金属を焼結超硬合金粒子のポーラスな部分に侵入させることで、焼結超硬合金粒子と結合金属を強固に一体として、焼結超硬合金粒子が掘削に伴い硬化肉盛層から脱落することがないものとされる。
【０００７】
しかしながら、特開平１０−２５８３９０号公報に開示されているような肉盛用溶接材を用いた場合においても、焼結超硬合金粒子中に侵入した結合金属が、溶接時の熱と、冷却時の体積収縮の影響によって焼結超硬合金粒子の硬さの低下を招くことがあり、このような場合には、焼結超硬合金粒子の破壊が生じやすくなって、硬化肉盛層の欠損が発生してしまうという問題があった。
【０００８】
また、一般に、溶接時には、肉盛用溶接材に熱を加え肉盛用溶接材の各成分を溶融させることとなるが、これとともに空気中から多量の酸素が取り込まれる。この硬化肉盛層に取り込まれた酸素のうち、一部の酸素は肉盛用溶接材の成分と化合する一方、残りの酸素は活性化された酸素として硬化肉盛層にポアとして残存される。このため、上記の肉盛用溶接材を用いて形成した硬化肉盛層には、溶接時に取り込まれて残存するポアに加えて、ポーラスな構成とされた焼結超硬合金粒子のポアに、溶接時に取り込まれた酸素の影響などによって結合金属が侵入されず、これらの残存したポアで硬化肉盛層が多孔質化されてしまう場合がある。このような場合には、結合金属による焼結超硬合金粒子の保持力が弱まって硬化肉盛層からやはり焼結超硬合金粒子の脱落が生じ、この硬化肉盛層で硬装した掘削工具の寿命が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑み、硬化肉盛層中での分散性に優れ、かつ耐摩耗性と靭性に優れた焼結超硬合金粒子を備え、この焼結超硬合金粒子と結合金属が強固に溶着された硬化肉盛層を形成可能な肉盛用溶接材及びこれを用いて硬装した掘削工具並びに摩耗防止用プレート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】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明の肉盛用溶接材は、鋼管と、鋼管の内部に充填された焼結超硬合金粒子とからなる肉盛用溶接材において、前記焼結超硬合金粒子は、コバルトあるいはコバルトとニッケルの結合相中に炭化タングステンを分散配置させたものであるとともに、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム及びクロムのうちの１種または２種以上を、前記焼結超硬合金粒子の質量に対して０．４〜５．０Mass％含むものとされ、前記結合相を前記焼結超硬合金粒子の質量に対して２．０〜２０．０Mass％とされ、かつ該焼結超硬合金粒子の粒径が７メッシュ〜８０メッシュの範囲のものとされて、前記肉盛用溶接材の質量に対する前記焼結超硬合金粒子の質量比率が４５〜７０Mass％とされていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の肉盛用溶接材において、前記焼結超硬合金粒子は、フェロマンガン及びフェロシリコンの１種または２種を、前記肉盛用溶接材の質量に対する質量比率で０．５〜５．０Mass％含むことが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の肉盛用溶接材において、前記焼結超硬合金粒子は、その硬度がＨＲＡで８６〜９５とされていることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の肉盛用溶接材において、前記焼結超硬合金粒子は、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲に留まる粒径を備えたものの質量比率が、少なくとも８０Mass％以上であることがより望ましい。
【００１５】
さらに、本発明の肉盛用溶接材において、前記鋼管の内部には、前記焼結超硬合金粒子とともに珪酸ソーダが充填され、該珪酸ソーダの前記肉盛用溶接材の質量に対する質量比率が、０．５〜３．０Mass％とされていることがさらに望ましい。
【００１６】
本発明の掘削工具は、前記硬質刃体を除く掘削工具の外面の少なくとも一部に、上記の肉盛用溶接材が肉盛溶接されて硬装されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の摩耗防止用プレートは、硬質刃体を除く掘削工具の外面の少なくとも一部に固着して前記掘削工具を硬装するための摩耗防止用プレートであって、上記の肉盛用溶接材が肉盛溶接されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の肉盛用溶接材によれば、鋼管の内部に充填される焼結超硬合金粒子に、コバルトあるいはコバルトとニッケルの結合相中に炭化タングステンを分散配置させるとともに、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム及びクロムのうちの１種または２種以上を、前記焼結超硬合金粒子の質量に対して０．４〜５．０Mass％含むことによって、焼結超硬合金粒子の硬度を高く維持しつつその靭性を好適な状態にすることができ、この肉盛用溶接材を用いて形成した硬化肉盛層に、衝撃などが負荷された場合においても、焼結超硬合金粒子が破壊することを防止でき、硬化肉盛層の耐摩耗性を向上させることが可能となる。前記炭化物（炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム）及びクロムのうちの１種または２種以上の含有量を０．４Mass％よりも小さくすると焼結超硬合金粒子の硬度が十分でなくなり耐摩耗性が低下し、前記炭化物及びクロムのうちの１種または２種以上の含有量を５．０Mass％よりも大きくすると、焼結超硬合金粒子の硬度が大きくなって耐摩耗性が向上するものの靭性が低下して焼結超硬合金粒子の破壊が生じやすくなる。なお、このように耐摩耗性を維持しつつ好適な靭性を得るには、前記炭化物及びクロムのうちの１種または２種以上の含有量を０．４〜１．０Mass％とすることがより好ましい。
【００１９】
また、焼結超硬合金粒子を、７メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備えるものとすることによって、粗粒と細粒を共存させることができ、さらに、充填率を高くして焼結超硬合金粒子を鋼管の内部に充填することが可能となるため、溶接時に、鋼管が溶融した結合金属中（硬化肉盛層中）に焼結超硬合金粒子を均一に分散させることが可能となる。
【００２０】
特に、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備えた焼結超硬合金粒子を、全体の焼結超硬合金粒子に対する質量比率で８０Mass％以上とすることによって、硬化肉盛層中の焼結超硬合金粒子をさらに均一に分散させることが可能となる。
【００２１】
さらに、焼結超硬合金粒子に、フェロマンガン及びフェロシリコンの１種または２種を、肉盛用溶接材の質量に対する質量比率で０．５〜５．０Mass％含ませることによって、溶接時に発生する活性化された酸素を化合しつつ除去して硬化肉盛層中に化合されずに残存する活性化された酸素量を減らすことが可能となる。これにより、焼結超硬合金粒子と結合金属との溶着強度を高く安定した状態にすることができ、衝撃などが負荷された際に、焼結超硬合金粒子が硬化肉盛層から脱落することを防止できる。なお、フェロマンガン及びフェロシリコンの１種または２種の肉盛用溶接材の質量に対する質量比率を、０．５〜２．５Mass％とすることによって、上記の効果をより確実に付与することが可能とされる。
【００２２】
また、焼結超硬合金粒子の結合相の質量比率を２．０〜２０．０Mass％とすることによって硬度をＨＲＡで８６〜９５とすることができ、耐摩耗性を維持することができるとともに靭性を付与することが可能となる。なお、焼結超硬合金粒子の結合相の質量比率を２．０Mass％未満とした場合には、耐摩耗性が向上するものの衝撃などに耐える十分な靭性を得ることができず、逆に焼結超硬合金粒子の結合相の質量比率を２０．０Mass％より大きくした場合には、耐摩耗性が低下することとなる。
【００２３】
さらに、鋼管の内部に、焼結超硬合金粒子とともに充填される珪酸ソーダを、肉盛用溶接材の質量に対する質量比率で０．５〜３．０Mass％とすることによって、溶接時に、鋼管とともに珪酸ソーダが溶融されて、これにより、焼結超硬合金粒子同士が適度に粘着されることとなり、加熱に伴って焼結超硬合金粒子が鋼管内部から流れ落ちることを防止できる。また、この珪酸ソーダは、硬化肉盛層を形成した際に、その表面を被覆するように溶接されるため、硬化後の硬化肉盛層の酸化を防止することが可能となる。よって、安定した硬化肉盛層を形成することが可能とされる。
【００２４】
本発明の掘削工具によれば、上記の効果が付与された硬化肉盛層で硬装されることによって、耐摩耗性に優れた掘削工具とすることができ、被削物を好適に掘削可能な掘削工具とすることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の摩耗防止用プレートによれば、上記の効果が付与された硬化肉盛層が形成された摩耗防止用プレートを掘削工具の外面に固着することによって、耐摩耗性に優れた掘削工具とすることができ、被削物を好適に掘削可能な掘削工具とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、例えば岩石や地盤などを掘削するための掘削工具に、肉盛溶接を施し硬化肉盛層を形成して、掘削工具の硬装化を図るための肉盛用溶接材に関するものである。
【００２７】
本実施形態の肉盛用溶接材１は、図１から図２に示すように、円柱棒状に形成され、軟質の鉄系金属からなる鋼管２と、造粒により形成され、鋼管２の内部に充填された焼結超硬合金粒子３とから構成されている。また、本実施形態の肉盛用溶接材１の鋼管２の内部には、焼結超硬合金粒子３とともに、珪酸ソーダ（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｘＨ２Ｏ）が肉盛用溶接材１の質量に対する質量比率で０．５〜３．０Mass％の範囲内となるように充填されている。
【００２８】
焼結超硬合金粒子３は、Ｃｏ（コバルト）あるいはＣｏとＮｉ（ニッケル）の結合相中に、ＷＣ（炭化タングステン）を分散配置させて形成されている。また、この焼結超硬合金粒子３は、その硬度がＨＲＡ（ロックウェル硬さ）で８６〜９５とされており、焼結超硬合金粒子３全体の質量に対する結合相の質量比率が２．０〜２０．０Mass％の範囲とされている。さらに、このとき、この結合相中には、ＷＣとともに、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）、ＶＣ（炭化バナジウム）及びＣｒ（クロム）のうちの１種または２種以上が、焼結超硬合金粒子３の質量に対して０．４〜５．０Mass％の範囲となるように含有されている。また、焼結超硬合金粒子３には、ＦｅＭｎ（フェロマンガン）及びＦｅＳｉ（フェロシリコン）の１種または２種が、肉盛用溶接材１の質量に対する質量比率で０．５〜５．０Mass％の範囲となるように含有されている。なお、本発明においては、結合相中に、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＶＣ及びＣｒのうちの２種以上を含有させた場合には、２種以上を合わせた質量比率が、焼結超硬合金粒子の質量に対して０．４〜５．０Mass％とされる。また、ＦｅＭｎ及びＦｅＳｉをともに含有させた場合においても、同様に、ＦｅＭｎとＦｅＳｉを合わせた質量比率が、肉盛用溶接材１の質量に対して０．５〜５．０Mass％とされる。
【００２９】
さらに、鋼管２の内部には、肉盛用溶接材１の質量に対して４５〜７０Mass％の範囲内となるように上記の焼結超硬合金粒子３が充填されるとともに、この充填された焼結超硬合金粒子３は、７メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径のものとされている。また、このとき、焼結超硬合金粒子３は、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲に留まるものの割合が、全焼結超硬合金粒子３に対して質量比率で８０Mass％以上となるように充填されている。
【００３０】
このように構成された肉盛用溶接材１は、例えばガス溶接や電気溶接によって、例えば図３に示すように、掘削工具１０の、その先端側に植設され、炭化タングステンを焼結して形成した硬質刃体１１近傍の工具本体１０ａの外面１０ｂに、硬化肉盛層１２を形成し工具本体１０ａを硬装するために用いられる。この硬化肉盛層１２は、加熱によって、鋼管２が溶融した結合金属２ａ中に焼結超硬合金粒子３が分散され、これが冷却とともに硬化することで形成される。なお、本実施形態の肉盛用溶接材１は、工具本体１０ａの外面１０ｂに直接肉盛溶接を施して掘削工具１０を硬装するために用いられることに限らず、後述の摩耗防止用プレートのように、鋼製のプレートに肉盛溶接を施して硬化肉盛層１２を形成し、このプレートを固着して掘削工具１０を硬装するような場合に用いられてもよいものである。
【００３１】
ここで、従来の肉盛用溶接材を用いて掘削工具の硬装を施した場合には、炭化タングステンを備えた焼結超硬合金粒子が、非常に大きな硬度を有する反面、逆に靭性が低下してしまい、特に衝撃力を付加して掘削を行なうような掘削工具においては、硬化肉盛層中の焼結超硬合金粒子が衝撃に伴い先行して破壊され、硬化肉盛層に欠損が生じ、掘削工具の耐摩耗性を満足するものにし得ないという問題があった。また、結合金属と焼結超硬合金粒子との溶着強度が不十分となり、焼結超硬合金粒子が硬化肉盛層から脱落してしまうという問題があった。
【００３２】
これに対して、本実施形態の肉盛用溶接材１を用いた場合には、鋼管２の内部に充填される焼結超硬合金粒子３に、コバルトあるいはコバルトとニッケルの結合相中に炭化タングステンを分散配置させるとともに、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム及びクロムのうちの１種または２種以上が、焼結超硬合金粒子３の質量に対して０．４〜５．０Mass％含有されているため、焼結超硬合金粒子３の硬度を高く維持した状態で、その靭性を向上させることができ、硬化肉盛層１２中の焼結超硬合金粒子３に衝撃などが負荷された場合においても、その靭性の向上によって破壊されることがなく、硬化肉盛層１２の欠損が生じることを防止することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、焼結超硬合金粒子３を、７メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備えるものとし、粗粒と細粒が好適に共存されるようにすることで、鋼管２に、焼結超硬合金粒子３を高充填率で充填することができ、溶接時には、鋼管２が溶融した結合金属２ａ中（硬化肉盛層１２中）に焼結超硬合金粒子３を均一に分散させることが可能とされる。
【００３４】
このとき、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備える焼結超硬合金粒子３の割合が、全焼結超硬合金粒子３の質量に対する質量比率で８０Mass％以上とされていることにより、硬化肉盛層１２中の焼結超硬合金粒子３の分散状態をより均一にすることが可能とされる。
【００３５】
さらに、焼結超硬合金粒子３に、フェロマンガン及びフェロシリコンの１種または２種が、肉盛用溶接材１の質量に対する質量比率で０．５〜５．０Mass％の割合で含有されることにより、溶接時に発生する活性化された酸素を硬化肉盛層１２中から化合しつつ除去して、硬化肉盛層１２中に、化合されずに残存する活性化された酸素量を小さく抑えることが可能とされる。このため、この肉盛用溶接材１で形成される硬化肉盛層１２の焼結超硬合金粒子３と結合金属２ａとの溶着強度を高くすることができ、衝撃が負荷されて焼結超硬合金粒子３が硬化肉盛層１２から脱落することを防止できる。
【００３６】
また、焼結超硬合金粒子３の結合相の質量比率を２．０〜２０．０Mass％とすることによって、焼結超硬合金粒子３の硬度をＨＲＡで８６〜９５とすることができ、十分な耐摩耗性と靭性を得ることが可能とされる。
【００３７】
さらに、鋼管２の内部に、焼結超硬合金粒子３とともに珪酸ソーダが充填され、この珪酸ソーダが肉盛用溶接材１の質量に対して質量比率で０．５〜３．０Mass％とされていることによって、溶接時に、鋼管２とともに珪酸ソーダを溶融させて、これにより、焼結超硬合金粒子３同士を適度に粘着する効果を得ることができ、加熱に伴って焼結超硬合金粒子３が鋼管２内部から流れ落ちることなく溶接作業を行なうことが可能となる。また、この珪酸ソーダは、硬化肉盛層１２の表面を被覆するように溶接されることになるため、硬化肉盛層１２の酸化を防止する効果をも付与することが可能となり、硬化肉盛層１２の安定性を向上させることが可能とされる。
【００３８】
したがって、上記の肉盛用溶接材１によれば、硬質で、焼結超硬合金粒子３が脱落することのない靭性に優れた硬化肉盛層１２を形成することができるため、この硬化肉盛層１２を形成して硬装を施した掘削工具１０を確実に耐摩耗性に優れた掘削工具１０とすることが可能とされる。
【００３９】
なお、本発明の肉盛用溶接材は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、肉盛用溶接材１が鋼管２とこれに充填される造粒により形成された焼結超硬合金粒子３とから構成されるものとしたが、焼結超硬合金粒子３は、鋼管２の内部に挿入可能な棒状の焼結体や半焼結体として形成されてもよいものである。
【００４０】
ついで、図４（ａ）から図４（ｃ）を参照し、本発明に係る掘削工具の第１実施形態について説明する。本実施形態の掘削工具は、例えばシールドマシン等の掘削機械の先端に配置された回転円盤の先端面に着脱可能に取り付けられて、地盤の掘削に供されるシールドカッタである。ここで、図４（ａ）は、本実施形態のシールドカッタの正面図を示しており、図４（ｂ）は、上面図を示し、図４（ｃ）は、左側面図を示している。
【００４１】
このシールドカッタ２０は、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、超硬合金等の硬質刃体２１と、硬質刃体２１を保持するシャンク部（工具本体）２２とから構成されている。シャンク部２２は、上面２２ａ側からの対向視で略長方矩形状を呈するブロック状の鋼材とされている。また、シャンク部２２の上面２２ａは、長手方向の先端２０ａから後端２０ｂに向かうに従い下面２２ｂ側に傾斜するように形成され、先端面２２ｃは、上面２２ａから下面２２ｂに向かうに従い後端２０ｂ側に後退するように形成されている。さらに、このシャン部２２には、先端２０ａ側と上面２２ａ側と両側面２２ｄ側にそれぞれ開口するように先端２０ａ側の上面２２ａ側が切り欠かれ、先端面２２ｃに沿って延設された硬質刃体取付座２３が形成されている。
【００４２】
また、シャンク部２２には、上面２２ａ及び両側面２２ｄの硬質刃体取付座２３の近傍に位置する部分に、前述の肉盛用溶接材１を用いて溶接した硬化肉盛層１２が形成されている。ここで、両側面２２ｄのそれぞれに形成された硬化肉盛層１２は、先端２０ａ側から上面２２ａまで硬質刃体取付座２３を囲むように帯状で形成され、シャンク部２２の幅方向に延設された硬質刃体取付座２３に平行するように帯状で形成された上面２２ａ側の硬化肉盛層１２と連続するように形成されている。さらに、先端面２２ｃにも、同じく前述の肉盛用溶接材１を用いて溶接した硬化肉盛層１２が形成されている。この先端面２２ｃの硬化肉盛層１２は、３つのＸ字状に形成された硬化肉盛層１２が隣り合う硬化肉盛層１２の端部同士を繋げて連続するように形成されている。
【００４３】
一方、硬質刃体２１は、略板状に形成されており、硬質刃体取付座２３にろう付されてシャンク部２２と一体とされている。また、硬質刃体２１は、硬質刃体取付座２３に取り付けられた状態で、その上面２１ａがシャンク部２２の傾斜する上面２２ａと同一平面を形成するように、かつ硬質刃体２１の先端面２１ｂがシャンク部２２の先端面２２ｃと同一平面を形成するように形成され、この硬質刃体２１の上面２１ａと先端面２１ｂが鋭角に交わる部分が、シールドカッタ２０の先端２０ａ側に突出するように形成されている。
【００４４】
上記の構成からなるシールドカッタ２０は、掘削機械の先端に配置された回転円盤の先端面に、例えばボルトでシャンク部２２を締結し、硬質刃体２１の先端部分を掘削機械の外方に突出させて取り付けられる。そして、回転円盤とともにこのシールドカッタ２０が回転しつつ地盤に切り込まれ、地盤の掘削に供されることとなる。このとき、掘削屑が激しくシャンク部２２、特に硬質刃体取付座２３近傍部分に接触することとなる。これに対して、本実施形態においては、この掘削屑が激しく接触する硬質刃体取付座２３近傍のシャンク部２２の上面２２ａや側面２２ｄ、先端面２２ｃに硬化肉盛層１２が形成され、かつこの硬化肉盛層１２が、前述の肉盛用溶接材１で形成されているため、耐摩耗性に優れたものとされ、この硬装を施した部分が掘削に伴って摩耗されにくいものとされる。
【００４５】
したがって、上記のシールドカッタ２０によれば、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２が形成されることで、従来の硬化肉盛層を形成して硬装を施したシールドカッタと比較し、掘削に伴い激しく接触する掘削屑に対する耐摩耗性に優れたものとされ、シールドカッタ２０の耐久性を向上させつつ好適に掘削を行なうことが可能なものとされる。
【００４６】
なお、本発明の掘削工具は、上記の掘削工具の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４７】
ついで、図５（ａ）から図５（ｂ）を参照し、本発明に係る掘削工具の第２実施形態について説明する。本実施形態の掘削工具は、例えばシールドマシン等の掘削機械の先端に配置された回転円盤の先端面に回転可能に装着されて、地盤の掘削に供されるローラーカッタである。ここで、図５（ａ）は、本実施形態のローラーカッタの断面図を示しており、図５（ｂ）は、後述する切刃部３２を示した側面図である。
【００４８】
このローラーカッタ３０は、図５（ａ）から図５（ｂ）に示すように、略円筒状のカッタ本体（工具本体）３１と、カッタ本体３１の外周面３１ａに植設された超硬合金等の硬質材料からなる硬質刃体３５と、カッタ本体３１の中心部に挿着された軸部材３３と、カッタ本体３１と軸部材３３との間に介装されて、カッタ本体３１を回転自在に支持する軸受３４とが主な構成要素とされている。
【００４９】
カッタ本体３１には、外周面３１ａから径方向外側に向けて突出し周方向に無端状に複数延設された切刃部３２が設けられており、この切刃部３２は、図５（ａ）に示す軸線に直交する方向の断面視で、頂部３２ａを径方向外側に向けた山形形状を呈するものとされている。また、この切刃部３２には、頂部３２ａから径方向内側に向けて凹む複数の硬質刃体取付孔３２ｂが形成されており、これらの硬質刃体取付孔３２ｂは、周方向に所定の間隔をもって並設されている。このように形成された硬質刃体取付孔３２ｂには、例えば超硬合金などで形成された硬質刃体３５がカッタ本体３１と一体となるように焼き嵌めや圧入などの手段を用いて装着され、硬質刃体３５の硬質刃体取付孔３２ｂから径方向外側に突出した部分が、切刃部３２の外面と連続する面をなすように形成されて、硬質刃体取付孔３２ｂが形成されていない部分の切刃部３２の断面山形形状と、硬質刃体取付孔３２ｂが設けられ硬質刃体３５が装着された部分の断面形状が同一形状を呈するものとされている。
【００５０】
さらに、本実施形態においては、切刃部３２の傾斜する外面及び、切刃部３２の近傍のカッタ本体３１の径方向外側を向く外面３１ａに、前述の肉盛用溶接材１を用いて肉盛溶接した硬化肉盛層１２がそれぞれ形成されている。
【００５１】
上記のように構成されたローラーカッタ３０は、掘削機械の先端に配置された回転円盤の先端面に、例えばボルトで固定され、切刃部３２の硬質刃体３５が配設された頂部３２ａ側を掘削機械の外方に突出させて取り付けられる。そして、回転円盤が回転するとともに、カッタ本体３１が、周方向に並設された複数の硬質刃体３５が順次掘削機械の外方に配されるように回転してこれが地盤に切り込まれて、地盤の掘削が行なわれる。このとき、掘削屑が激しくカッタ本体３１に接触することとなり、これに対して、本実施形態においては、この掘削屑が激しく接触する切刃部３２の外面やカッタ本体３１の外面３１ａに硬化肉盛層１２が形成され、かつこの硬化肉盛層１２が前述の肉盛用溶接材１を用いて形成されたものであるため、耐摩耗性に優れ、この硬装を施した部分が掘削に伴って摩耗されることのないものとされる。
【００５２】
したがって、上記のローラーカッタ３０によれば、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２が形成されることで、従来の硬化肉盛層を施して硬装したローラーカッタと比較し、掘削に伴い激しく接触する掘削屑に対する耐摩耗性に優れたものとすることができるため、カッタ本体３１の耐久性を向上させて好適に掘削を行なうことが可能とされる。
【００５３】
なお、本発明の掘削工具は、上記の掘削工具の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５４】
ついで、図６（ａ）から図６（ｃ）を参照し、本発明に係る掘削工具の第３実施形態について説明する。本実施形態の掘削工具は、アースオーガーのスクリュー端部に設けられたカッタホルダに装着されて、地盤の掘削に供されるアースオーガー用カッタである。ここで、図６（ａ）は、本実施形態のアースオーガー用カッタの上面図を示しており、図６（ｂ）は、側面図を示し、図６（ｃ）は、下面図を示している。
【００５５】
このアースオーガー用カッタ４０は、図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、超硬合金等の硬質の硬質刃体４１と、硬質刃体４１を保持するシャンク部（工具本体）４２とから構成されている。シャンク部４２は、略矩形棒状を呈するブロック状の鋼材とされている。また、シャンク部４２の先端４２ａ側の上面４２ｂ及び下面４２ｃは、それぞれ、長手方向の後端４２ｄ側から先端４２ａに向かうに従い、高さ方向略中央に位置し長手方向に延びる中心軸線Ｏ１側に傾斜するように形成されている。さらに、このシャン部４２には、先端４２ａ側の上面４２ｂが一段下面４２ｃ側に窪むように切り欠かれた硬質刃体取付座４３が形成されている。
【００５６】
また、シャンク部４２には、硬質刃体取付座４３の近傍に位置する先端４２ａ側の、上面４２ｂ、下面４２ｃ及び両側面４２ｅに、前述の肉盛用溶接材１を用いて溶接した硬化肉盛層１２が一体に繋がるように形成されている。
【００５７】
一方、硬質刃体４１は、略板状に形成されており、前述の硬質刃体取付座４３にろう付されてシャンク部４２と一体とされている。また、硬質刃体４１は、硬質刃体取付座４３に取り付けられた状態で、中心軸線Ｏ１方向外側に配された先端４１ａ部分が、硬質刃体４１の上面４１ａ側からの平面視で山形形状を呈するように形成されており、この先端４１ａが中心軸線Ｏ１上に位置されるとともに、シャンク部４２の先端４２ａよりも中心軸線Ｏ１方向外側に突出されている。
【００５８】
上記の構成からなるアースオーガー用カッタ４０は、図示せぬアースオーガーのスクリュー端部に設けられた取付溝に、例えば略コ字状のブロック状を呈したカッタホルダが溶接され、この開口部分にアースオーガー用カッタ４０のシャンク部４２が挿入されてアースオーガーに保持される。このとき、例えばボルトでカッタホルダにシャンク部４２が締結されてアースオーガー用カッタ４０と一体化され、この状態で、アースオーガー用カッタ４０は、その硬質刃体４１の先端４１ａ部分が掘削機械の外方に突出されて一体とされる。そして、アースオーガーがその軸線回りに回転されつつ軸線方向に前進することで硬質刃体４１が地盤に切り込まれ、地盤の掘削に供されることとなる。この地盤を掘削することにより、掘削屑が激しくシャンク部４２、特に硬質刃体取付座４３近傍部分に接触することとなる。これに対して、本実施形態においては、この掘削屑が激しく接触する硬質刃体取付座４３近傍のシャンク部４２の上面４２ｂや下面４２ｃ、側面４２ｅに硬化肉盛層１２が形成され、かつこの硬化肉盛層１２が、前述の肉盛用溶接材１で形成されているため、耐摩耗性に優れるものとされ、この硬装を施したシャンク部４２が掘削に伴って摩耗されることのないものとされる。
【００５９】
したがって、上記のアースオーガー用カッタ４０によれば、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２が形成されているため、従来の肉盛を施して硬装したアースオーガー用カッタと比較し、掘削に伴い激しく接触する掘削屑に対する耐摩耗性に優れ、アースオーガー用カッタ４０の耐久性を向上させ、かつ好適に掘削を行なうことが可能とされる。
【００６０】
なお、本発明の掘削工具は、上記の掘削工具の第３実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６１】
ついで、図７（ａ）から図７（ｂ）を参照し、本発明に係る掘削工具の第４実施形態について説明する。本実施形態の掘削工具は、リング状に形成された工具本体の内周側に硬質刃体を備えたインナーリングである。ここで、図７（ａ）は、本実施形態のインナーリングの正面図を示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）の切刃部近傍の内周側を拡大した図である。
【００６２】
このインナーリング５０は、図７（ａ）から図７（ｂ）に示すように、リング状に形成された工具本体５１の内周側に、周方向に一定の間隔をもって複数の硬質刃体５２が並設されており、この硬質刃体５２は、超硬合金等で形成されてその先端５２ａ側が径方向内側に若干突出するように設置されている。また、工具本体５１は、隣り合う硬質刃体５２の間の周方向略中央の内周縁５１ａが、内周縁５１ａから外周縁５１ｂ側に向けて断面円弧形状を呈して凹むように形成されている。
【００６３】
一方、工具本体５１の隣り合う硬質刃体５２の間に位置する内周縁５１ａには、前述の肉盛用溶接材１を用いて溶接した硬化肉盛層１２が形成されている。
【００６４】
このように形成されたインナーリング５０は、軸線Ｏ２回りに回転しつつ軸線Ｏ２方向を維持して地盤に送り込まれ、径方向内側を向く硬質刃体５２により地盤を掘削してゆく。この地盤の掘削に供された際には、工具本体５１、特に隣り合う硬質刃体５２の間に位置する内周縁５１ａ側に、掘削屑が激しく接触することとなる。これに対して、本実施形態においては、この掘削屑が激しく接触する工具本体５１の内周縁５１ａに硬化肉盛層１２が形成され、かつこの硬化肉盛層１２が、前述の肉盛用溶接材１で形成されているため耐摩耗性に優れ、この硬装を施した工具本体５１が掘削に伴って摩耗されることのないものとされる。
【００６５】
したがって、上記のインナーリング５０によれば、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２が形成されているため、従来の肉盛を施して硬装したインナーリングと比較し、掘削に伴い激しく接触する掘削屑に対する耐摩耗性に優れ、インナーリング５０の耐久性を向上させることが可能とされる。
【００６６】
なお、本発明の掘削工具は、上記の掘削工具の第４実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６７】
ついで、図８（ａ）から図８（ｂ）を参照し、本発明に係る掘削工具の第５実施形態について説明する。本実施形態の掘削工具は、リング状に形成された工具本体の外周側に硬質刃体を備えたアウターリングである。ここで、図８（ａ）は、本実施形態のアウターリングの正面図を示しており、図８（ｂ）は、図８（ａ）の硬質刃体近傍の外周側を拡大した図である。
【００６８】
このアウターリング６０は、図８（ａ）から図８（ｂ）に示すように、リング状に形成された工具本体６１の外周側に、周方向に一定の間隔をもって複数の硬質刃体６２が並設されており、この硬質刃体６２は、超硬合金等で形成されてその先端６２ａ側が径方向外側に若干突出するように設置されている。また、工具本体６１は、隣り合う硬質刃体６２の間の周方向略中央の外周縁６１ａが、外周縁６１ａから内周縁６１ｂ側に向けて断面円弧形状を呈して凹むように形成されている。
【００６９】
一方、工具本体６１の隣り合う硬質刃体６２の間に位置する外周縁６１ａ及び、軸線Ｏ３に直交する工具本体６１の側面６１ｃの外周縁６１ａ側には、前述の肉盛用溶接材１を用いて溶接した硬化肉盛層１２が形成されている。
【００７０】
このように形成されたアウターリング６０は、軸線Ｏ３回りに回転しつつ軸線Ｏ３方向を維持して地盤に送り込まれ、径方向外側を向く硬質刃体６２により地盤を掘削してゆく。この地盤の掘削に供された際には、工具本体６１、特に隣り合う硬質刃体６２の間に位置する外周縁６１ａや、外周縁６１ａ側の側面６１ｃに、掘削屑が激しく接触することとなる。これに対して、本実施形態においては、この掘削屑が激しく接触する工具本体６１の内周縁６１ａ側に硬化肉盛層１２が形成され、かつこの硬化肉盛層１２が、前述の肉盛用溶接材１で形成されているため耐摩耗性に優れ、この硬装を施した工具本体６１が掘削に伴って摩耗されることのないものとされる。
【００７１】
したがって、上記のアウターリング６０によれば、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２が形成されているため、従来の肉盛を施して硬装したアウターリングと比較し、掘削に伴い激しく接触する掘削屑に対する耐摩耗性に優れ、アウターリング６０の耐久性を向上させることが可能とされる。
【００７２】
なお、本発明の掘削工具は、上記の掘削工具の第５実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７３】
ついで、図９（ａ）から図９（ｂ）を参照し、本発明に係る摩耗防止用プレートの一実施形態について説明する。本実施形態の摩耗防止用プレートは、硬質刃体を除く掘削工具の工具本体の外面の少なくとも一部に固着して掘削工具を硬装するためのものであり、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層が形成されたものである。ここで、図９（ａ）は、摩耗防止用プレートの正面図を示し、図９（ｂ）は、上面図を示している。
【００７４】
本実施形態の摩耗防止用プレート７０は、図９（ａ）から図９（ｂ）に示すように、長方矩形板状に形成された鋼製のプレート本体７１と、このプレート本体７１の上面に形成された硬化肉盛層１２とから構成されている。この硬化肉盛層１２は、前述の肉盛用溶接材１を用いて形成されたものであり、プレート本体７１の上面全面に設けられている。
【００７５】
このように、前述の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２が形成されることにより、摩耗防止用プレート７０は、耐摩耗性に優れた状態で硬装されることになる。そして、このように構成された摩耗防止用プレート７０は、例えば、前述の第１から第５実施形態の掘削工具の工具本体に形成した硬化肉盛層１２に代えて、この工具本体の外面に、プレート本体７１の下面が例えばろう付により固着されて設けられる。
【００７６】
摩耗防止用プレート７０を固着した掘削工具は、地盤の掘削に供された際に、この掘削屑が激しく接触する工具本体に、硬化肉盛層１２が形成された摩耗防止用プレート７０が固着され、かつこの硬化肉盛層１２が、前述の肉盛用溶接材１で形成されていることによって、確実に耐摩耗性が付与されて、工具本体が掘削に伴って摩耗されることのないものとされる。
【００７７】
したがって、上記の前述の肉盛用溶接材１で形成した硬化肉盛層１２を備える摩耗防止用プレート７０は、これを掘削工具に固着することによって、掘削に伴い激しく接触する掘削屑に対する耐摩耗性を向上させ、掘削工具を耐久性に優れたものにすることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、摩耗防止用プレート７０が長方矩形状を呈するように形成されているものとしたが、その形状は特に限定を必要とするものではなく、摩耗防止用プレート７０は、これが設置される工具本体の形状に合わせて形成されればよいものである。
【実施例１】
【００７９】
以下に本発明の実施例１を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００８０】
本実施例は、前述の肉盛用溶接材１で硬装を施した図６に示した掘削工具４０を用い、地盤の掘削屑を仮想した研磨材を一定時間撹拌し、撹拌後の硬化肉盛層１２の摩耗状況を確認して、本発明の肉盛用溶接材１及びこれを用いて硬化肉盛層１２を形成した掘削工具４０の優位性を明らかにするものである。具体的には、肉盛用溶接材１の質量に対する焼結超硬合金粒子３の質量比率を３５〜７５Mass％に変化させた肉盛用溶接材１を用いて研磨材を撹拌し、その摩耗状態を確認することで、焼結超硬合金粒子３の質量比率を４５〜７０Mass％とすることによる優位性を明らかにするものである。
【００８１】
はじめに、使用した肉盛用溶接材１について説明する。
本実施例の肉盛用溶接材１において、焼結超硬合金粒子３は、炭化タングステンをコバルトの結合相に分散させて形成されたものである。また、鋼管２の内部に充填された焼結超硬合金粒子３は、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の粒径を備えるものの割合が質量比率で２０Mass％、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備えるものの割合が質量比率で８０Mass％とされている。さらに、結合相は、焼結超硬合金粒子３の質量に対して質量比率が５Mass％とされている。
【００８２】
本実施例では、Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ９の９種のそれぞれの肉盛用溶接材１で硬化肉盛層１２をそれぞれ形成した掘削工具４０を用いて試験を行なっており、肉盛用溶接材１の全質量に対する焼結超硬合金粒子３の質量比率が、Ｃａｓｅ１で３５Mass％、Ｃａｓｅ２で４０Mass％、Ｃａｓｅ３で４５Mass％、Ｃａｓｅ４で５０Mass％、Ｃａｓｅ５で５５Mass％、Ｃａｓｅ６で６０Mass％、Ｃａｓｅ７で６５Mass％、Ｃａｓｅ８で７０Mass％、Ｃａｓｅ９で７５Mass％となる肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２を形成している。
【００８３】
ここで、焼結超硬合金粒子３の質量比率が３５Mass％の肉盛用溶接材１を用いたＣａｓｅ１は、一般に常用される焼結超硬合金粒子３の質量比率のものとされ、本実施例では、このＣａｓｅ１を他のケースと比較するための基準として用いている。
【００８４】
ついで、使用した研磨材について説明する。
本実施例で使用した研磨材は、７号珪砂１０ｋｇとバレル石１０ｋｇと水５リットルとを混同したものである。７号珪砂は、その粒径が０．２ｍｍ以下で、その組成は、ＳｉＯ２が９４％以上、Ａｌ２Ｏ３が２．５％以下、Ｆｅ２Ｏ３が１．０％以下、ＭｇＯが０．２％以下、ＣａＯが０．２％以下とされている。また、バレル石は、宇治電化学工業株式会社製の軽研削用トサリットＣＡＢを用いている。
【００８５】
ついで、上記の研磨材を掘削工具４０で撹拌する際の試験条件について説明する。
上記の研磨材中に、Ｃａｓｅ１〜Ｃａｓｅ９の肉盛用溶接材１を用いてそれぞれ硬化肉盛層１２を形成した掘削工具４０を埋設させ、ボール盤回転数８３回転／ｍｉｎで１２０時間の撹拌を行なっている。このとき、掘削工具４０の硬質刃体４１の周速は５３ｍ／ｍｉｎであり、１２０時間の撹拌によって硬化肉盛層１２と研磨材の摺動距離は、約３８１．６ｋｍとされる。
【００８６】
ついで、評価方法について説明する。
まず、Ｃａｓｅ１の試験前の掘削工具４０の質量と試験後の掘削工具４０の質量を測定して、Ｃａｓｅ１の摩耗量を確認する。そして、このＣａｓｅ１の摩耗量に対する他のＣａｓｅ２からＣａｓｅ９の摩耗量の割合を求め、基準としたＣａｓｅ１の摩耗量とＣａｓｅ２からＣａｓｅ９のそれぞれの摩耗量の大小を比較することで評価を行なうこととした。すなわち、Ｃａｓｅ１の摩耗量の割合を１として、Ｃａｓｅ２からＣａｓｅ９の摩耗量のＣａｓｅ１に対する割合が１よりも小さい場合に、Ｃａｓｅ１よりも耐摩耗性に優れると判定し耐摩耗性の評価を行なっている。
【００８７】
ついで、上記の試験条件等で試験を行った結果を、表１に示す。
【００８８】
表１は、Ｃａｓｅ１と、Ｃａｓｅ１に対して焼結超硬合金粒子３の質量比率が順次大きくなる肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２を形成したＣａｓｅ２からＣａｓｅ９との撹拌終了後の摩耗量を、Ｃａｓｅ１の摩耗量を基準として相対的に示したものである。
【００８９】
この結果、表１に示すように、Ｃａｓｅ２からＣａｓｅ８の肉盛用溶接材１を用いて硬化肉盛層１２を形成した場合には、Ｃａｓｅ１の摩耗量に対する相対比率が、Ｃａｓｅ２で０．９５、Ｃａｓｅ３で０．８３、Ｃａｓｅ４で０．７８、Ｃａｓｅ５で０．７４、Ｃａｓｅ６で０．６７、Ｃａｓｅ７で０．７５、Ｃａｓｅ８で０．８９となり、特に、焼結超硬合金粒子３の質量比率を４５〜７０Mass％としたＣａｓｅ３からＣａｓｅ８において、Ｃａｓｅ１よりも耐摩耗性に優れた硬化肉盛層１２が形成されるという結果となった。
この一方で、焼結超硬合金粒子３の質量比率を７５Mass％としたＣａｓｅ９では、摩耗量の相対比率が１．１２となり、Ｃａｓｅ１よりも耐摩耗性に劣るという結果となった。
【００９０】
【表１】
0004696795.tif 000002
【００９１】
以上の結果から、肉盛用溶接材１の質量に対する焼結超硬合金粒子３の質量比率を４５〜７０Mass％とし、この肉盛用溶接材１を用いて掘削工具４０の硬化肉盛層１２の形成を行なうことで、優れた耐摩耗性を得ることが可能であることが実証された。
【実施例２】
【００９２】
ついで、以下に本発明の実施例２を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００９３】
本実施例は、実施例１で示したＣａｓｅ１からＣａｓｅ９の肉盛用溶接材１に対して、それぞれ、焼結超硬合金粒子３の粒径分布を変化させた場合における耐摩耗性の優劣を確認したものである。ここでは、焼結超硬合金粒子３の粒径を、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の割合が質量比率で４０Mass％（６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の割合が質量比率で６０Mass％）、３０Mass％（同７０Mass％）、２５Mass％（同７５Mass％）、２０Mass％（同８０Mass％）、１０Mass％（同９０Mass％）、０Mass％（同１００Mass％）となるようにそれぞれ変化させている。
【００９４】
一方、本実施例では、焼結超硬合金粒子３の結合相を、実施例１と同様に焼結超硬合金粒子３の質量に対して５Mass％としている。また、ここでは、実施例１と同様の研磨材を用い、試験条件、評価方法も実施例１と同様に行なっている。
【００９５】
上記の各肉盛用溶接材１で硬化肉盛層１２を形成した場合の結果を、表２に示す。
【００９６】
表２は、焼結超硬合金粒子３の粒径分布を変化させた際の、Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ９との摩耗量を、Ｃａｓｅ１の摩耗量を基準として相対的に比較した結果を示している。
【００９７】
この結果、表２に示すように、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の粒径を備える焼結超硬合金粒子３の質量比率を０〜２０Mass％（６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備える焼結超硬合金粒子３の質量比率を８０〜１００Mass％）とした場合には、実施例１と同様に、焼結超硬合金粒子３の質量比率が４５〜７０Mass％となるＣａｓｅ３からＣａｓｅ８において顕著に耐摩耗性が向上する結果が確認された。
この一方で、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の粒径を備える焼結超硬合金粒子３の質量比率を２５〜４０Mass％（６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備える焼結超硬合金粒子３の質量比率を６０〜７５Mass％）とした場合には、Ｃａｓｅ３及びＣａｓｅ８の耐摩耗性が低下する結果となった。
【００９８】
【表２】
0004696795.tif 000003
【００９９】
以上の結果から、焼結超硬合金粒子３の粒径を、７メッシュ〜８０メッシュの範囲とすることで、耐摩耗性の向上を図ることが可能であるとともに、特に、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備える焼結超硬合金粒子３の質量比率を８０Mass％以上とすることで、この効果が顕著に認められることが実証された。
【実施例３】
【０１００】
ついで、以下に本発明の実施例３を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【０１０１】
本実施例は、実施例１で示したＣａｓｅ１からＣａｓｅ９の肉盛用溶接材１に対して、焼結超硬合金粒子３に含有させたＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの、肉盛用溶接材１の質量に対する質量比率を変化させた場合における耐摩耗性の優劣を確認したものである。ここでは、ＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を、０．５Mass％、１．０Mass％、２．５Mass％、５．０Mass％、６．０Mass％の５段階に変化させている。
【０１０２】
一方、本実施例では、焼結超硬合金粒子３の結合相の質量比率を、実施例１と同様に５Mass％としている。また、実施例１と同様に、焼結超硬合金粒子３は、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の割合が質量比率で２０Mass％、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の割合が質量比率で８０Mass％とされている。ここでは、実施例１と同様の研磨材を用い、試験条件、評価方法も実施例１と同様に行なっている。
【０１０３】
上記の肉盛用溶接材１で硬化肉盛層１２を形成した場合の結果を表３に示す。
【０１０４】
表３は、焼結超硬合金粒子３のＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を変化させた際の、Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ９の摩耗量を、Ｃａｓｅ１の摩耗質量を基準として相対的に比較した結果を示している。
【０１０５】
この結果、表３に示すように、ＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を０．５〜５．０Mass％とした場合に、Ｃａｓｅ３〜Ｃａｓｅ８で耐摩耗性が向上する結果となった。この一方で、ＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を６．０Mass％とした場合においては、前述の実施例１の表１に示した結果と比較し、ＦｅＭｎ及びＦｅＳｉを添加することによる大きな優位性が認められないことが確認された。
【０１０６】
【表３】
0004696795.tif 000004
【０１０７】
以上の結果から、焼結超硬合金粒子のＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を、０．５〜５．０Mass％とすることで、耐摩耗性の向上を図ることが可能であることが実証された。
【実施例４】
【０１０８】
ついで、以下に本発明の実施例４を具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【０１０９】
本実施例は、実施例１で示したＣａｓｅ１からＣａｓｅ９の肉盛用溶接材１に対して、それぞれ、焼結超硬合金粒子３にＦｅＭｎ及びＦｅＳｉを含有させ、肉盛用溶接材１の質量に対するＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を０．５Mass％としている。また、焼結超硬合金粒子３とともに珪酸ソーダを鋼管２の内部に充填し、その質量比率を変化させた場合における耐摩耗性の優劣を確認している。ここでは、珪酸ソーダの質量比率を、０．５Mass％、１．０Mass％、１．５Mass％、３．０Mass％、４．０Mass％の５段階に変化させている。
【０１１０】
本実施例では、焼結超硬合金粒子３の結合相を、実施例１と同様に焼結超硬合金粒子３の質量に対して５Mass％としている。また、実施例１と同様に、焼結超硬合金粒子３は、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の粒径を備える割合が質量比率で２０Mass％、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備える割合が質量比率で８０Mass％とされている。ここでは、実施例１と同様の研磨材を用い、試験条件、評価方法も実施例１と同様に行なっている。
【０１１１】
上記の肉盛用溶接材１で硬化肉盛層１２を形成した場合の結果を表４に示す。
【０１１２】
表４は、焼結超硬合金粒子３のＦｅＭｎ及びＦｅＳｉの質量比率を０．５Mass％と一定として、珪酸ソーダの質量比率を変化させた際の、Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ９の摩耗量を、Ｃａｓｅ１の摩耗量を基準として相対的に比較した結果を示している。
【０１１３】
この結果、表４に示すように、珪酸ソーダの質量比率を０．５〜３．０Mass％とすることで、安定した硬化肉盛層１２が形成され、これに基づき、特にＣａｓｅ３〜Ｃａｓｅ８において耐摩耗性がさらに向上することが確認された。
【０１１４】
【表４】
0004696795.tif 000005
【０１１５】
以上の結果から、珪酸ソーダの質量比率を、０．５〜３．０Mass％とすることで、耐摩耗性のさらなる向上を図ることが可能であることが実証された。
【実施例５】
【０１１６】
以下に本発明の実施例５について具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【０１１７】
本実施例は、前述の肉盛用溶接材１を用いて、ガス溶接にて鋼板（試験板）上に肉盛溶接を行ない、硬化肉盛層１２の外面におけるポア及び溶着金属の発生の有無等の状況を確認することによって、ＴｉＣ、ＮｂＣ、Ｃｒを添加することによる優位性を明らかにするものである。
【０１１８】
ここで、本実施例では、肉盛用溶接材１の質量に対する焼結超硬合金粒子３の質量比率を６０Mass％、結合相の質量比率を８．０Mass％、ＦｅＭｎの質量比率を２．０Mass％、珪酸ソーダの質量比率を２．０Mass％としている。また、焼結超硬合金粒子３は、７メッシュ〜６３メッシュの範囲の粒径を備える割合が質量比率で１２Mass％、６３メッシュ〜８０メッシュの範囲の粒径を備える割合が質量比率で８８Mass％とされている。
さらに、本実施例では、焼結超硬合金粒子３にＴｉＣ、ＮｂＣ及びＣｒを質量比率で０．６Mass％添加している。
【０１１９】
また、本実施例では、試験板上に形成した硬化肉盛層１２に対して、目視及び拡大鏡にて観察を行い、その外面のポア及び溶着金属の有無などを確認してその評価を行なっている。
【０１２０】
この結果、焼結超硬合金粒子３にＴｉＣ、ＮｂＣ及びＣｒを質量比率で０．６Mass％添加した場合には、ポアの発生が、従来の焼結超硬合金粒子と比較して大きく改善されることが確認された。また、顕微鏡による組織検査においても、焼結超硬合金粒子３が略均一に分布していることが確認され、ポアの発生も非常に少ない状態であった。
【０１２１】
以上の結果から、肉盛用溶接材１の質量に対する焼結超硬合金粒子３の質量比率を４５〜７０Mass％とし、この肉盛用溶接材１を用いて掘削工具の肉盛を行なうことで、優れた耐摩耗性を得ることが可能であることが実証された。
【０１２２】
なお、ＴｉＣ、ＮｂＣ及びＣｒを質量比率で１．０Mass％添加した場合においても、同様の結果を得ることが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明に係る肉盛溶接材の一実施形態として示した図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】図１の肉盛溶接材を用いて形成した硬化肉盛層を示す図である。
【図４】本発明に係る掘削工具の第１実施形態として示した図である。
【図５】本発明に係る掘削工具の第２実施形態として示した図である。
【図６】本発明に係る掘削工具の第３実施形態として示した図である。
【図７】本発明に係る掘削工具の第４実施形態として示した図である。
【図８】本発明に係る掘削工具の第５実施形態として示した図である。
【図９】本発明に係る摩耗防止用プレートの一実施形態として示した図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  肉盛用溶接材
２  鋼管
３  焼結超硬合金粒子
１０掘削工具
１０ａ  工具本体
１０ｂ  外面
１１硬質刃体
１２硬化肉盛層
２０シールドカッタ（掘削工具）
２１硬質刃体
２２シャンク部（工具本体）
３０ローラーカッタ（掘削工具）
３１カッタ本体（工具本体）
３２切刃部
３５硬質刃体
４０アースオーガー用カッタ（掘削工具）
４１硬質刃体
４２シャンク部（工具本体）
５０インナーリング（掘削工具）
５１工具本体
５２硬質刃体
６０アウターリング（掘削工具）
６１工具本体
６２硬質刃体
７０摩耗防止用プレート
【図１】
0004696795.tif 000006
【図２】
0004696795.tif 000007
【図３】
0004696795.tif 000008
【図４】
0004696795.tif 000009
【図５】
0004696795.tif 000010
【図６】
0004696795.tif 000011
【図７】
0004696795.tif 000012
【図８】
0004696795.tif 000013
【図９】
0004696795.tif 000014