(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削ビットと、該掘削ビットの先端面から先端部が突出するように植設されたチップとを有する掘削工具において、
該チップの基端部の側面に凹凸形状が形成され、この側面を覆うように溶接されて該チップが該掘削ビットに植設されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の掘削工具において、
上記チップは、その基端部の側面に、先端側から基端側に向けて溝が形成されることにより、上記凹凸形状が形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項３】
請求項２に記載の掘削工具において、
上記溝の形状は、上記チップの先端側から基端側に向けて溝深さが浅くなるように形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項４】
請求項２または３に記載の掘削工具において、
上記溝の形状は、上記チップの先端側から基端側に向けて溝幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項５】
請求項２から４のいずれかに記載の掘削工具において、
上記チップの基端部が円柱状に形成され、この基端部の側面に形成される溝の形状が、先端側から基端側に向けて螺旋形状に形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項６】
請求項５に記載の掘削工具において、
上記溝の螺旋形状が、上記掘削ビットの基端部に形成されたネジと、同じ向きに形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の掘削工具において、
上記チップが、略多角柱の形状とされており、その断面の略多角形を構成する角部のうちの一つを上記先端部とし、基端部に上記溝が形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項８】
請求項７に記載の掘削工具において、
上記チップは、略三角柱の形状とされ、その断面の略三角形を形成する三つの角部のうち一つを先端部とし、残りの二つの角部に溝が形成されていることを特徴とする掘削工具。
【請求項９】
請求項８に記載の掘削工具において、
上記溝が互いに千鳥状に形成されていることを特徴とする掘削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉や転炉等の高温下で使用される掘削工具およびチップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉や転炉等の出銑口の開口や補修、またはダクト内に付着したスラグ等の除去のために、回転・打撃可能な掘削ロッドの先端に掘削工具を取り付け、これら作業は実施されていた。
【０００３】
この掘削工具は、掘削ビットと複数個のチップとを有する構成とされ、掘削ビット基端部に形成されたネジにより掘削ロッドに取り付けられる。この掘削ビットの先端面外周部には、超硬合金等の硬質材料から形成されているチップが植設され、かつこれらの植設部位には、先端面から流体を噴射させる噴射口が設けられている。そして、掘削工具の先端を被削物に当接させた状態で掘削ロッドを駆動することにより、被削物が粉砕される。また、粉砕された被削物は、噴射口から噴射された流体により除去される。
【０００４】
上述したように使用される掘削工具は、チップがロウ付けにより植設された場合、そのロウ材の融点温度付近で作業に用いられるため、チップの保持力が弱くなり、チップが脱落してしまう。そのため、高温下で使用される掘削工具は、溶接によりチップが掘削ビットに植設されている。図１４，１５には、溶接により植設されているチップの断面図が示されている。図１４に示されているチップ３０は、その先端部が略半球状とされるとともに、基端部が先端部に滑らかに連なる円柱状に形成されている。図１５に示されているチップ３３は、略三角柱の形状とされており、その断面の略三角形を形成する三つの角部のうち一つを先端部として形成されている。そして、チップ３０，３３の先端部が掘削ビット３１，３４の先端面から先端部が突出するように溶接されて植設されている。なお、３２，３５は、溶接により生じた溶着金属である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記掘削工具は、上述のようにチップ３０，３３が超硬合金等の硬質材料から形成されているが、このような超硬合金等の焼結金属は溶接時に溶着金属３２，３５と拡散して結合されることがなく、このため、チップ３０，３３と掘削ビット３１，３４との溶接強度が低くなるので、掘削時の振動などによりチップが脱落しやすくなるという問題があった。また、脱落しなかった場合においても、チップ３０，３３と溶着金属３２，３５との間に隙間が生じてしまう恐れがあり、これにより、掘削ビット３１，３４に対しチップ３０，３３が摺動してしまうという問題があった。例えば、基端部が円柱状のチップ３０は、植設されている場所で回転してしまい、略三角柱の形状のチップ３３は、植設されている面に沿って移動してしまう。上述したような問題により、掘削工具の掘削性能が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、上述のような構成の掘削工具において、チップが脱落、もしくは摺動してしまうことを防止し、掘削性能の低下を防止することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る掘削工具は、回転可能な掘削ロッドの先端に取り付けられる掘削ビットと、該掘削ビットの先端面から先端部が突出するように植設されたチップとを有する掘削工具において、該チップの基端部の側面に凹凸形状が形成され、この側面を覆うように溶接されて該チップが該掘削ビットに植設されていることを特徴とする。
【０００８】
この掘削工具によれば、チップの側面に凹凸形状が形成されており、溶接時に溶着金属がこの凹凸形状に入り込むように形成されているので、チップと掘削ビットとの溶接強度が低く、掘削時の振動などで溶着金属とチップとの間に隙間が生じてしまった場合においても、溶着金属とチップの側面に形成された凹凸形状とが噛み合い、チップが係止されるので、チップの脱落や摺動を防止することができる。
【０００９】
また、上記掘削工具において、上記チップは、その基端部の側面に、先端側から基端側に向けて溝が形成されることにより、上記凹凸形状が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この掘削工具によれば、チップの側面に先端側から基端側に向けて溝が形成されているので、チップと溶着金属との間に隙間が生じてしまった場合においても、チップが摺動する方向に対し溝と溶着金属が噛み合い、チップが係止されるので、より確実にチップの摺動を防止することができる。
【００１１】
さらに、上記溝の形状は、上記チップの先端側から基端側に向けて溝深さが浅くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この掘削工具によれば、チップの先端側から基端側に向けて溝深さが浅くなるように形成されているので、チップと溶着金属との間に隙間が生じてしまった場合においても、チップの先端側に溝に溶着金属が深く入り込むように形成されており、溶着金属によりチップが係止され、チップが先端側に脱落することを防止することができる。
【００１３】
また、上記溝の形状は、上記チップの先端側から基端側に向けて溝幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この掘削工具によれば、チップの先端側から基端側に向けて溝幅が狭くなるように形成されているので、先端側の溶着金属の幅が広く形成されており、チップがこの溶着金属に係止され、より確実にチップが先端側に脱落することを防止することができる。
【００１５】
また、上記チップの基端部が円柱状に形成され、この基端部の側面に形成される溝の形状が、先端側から基端側に向けて螺旋形状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この掘削工具によれば、基端部が円柱状に形成されたチップにおいて、先端側から基端側に向けて螺旋形状に溝が形成されているので、チップと溶着金属との間に隙間が生じてしまった場合においても、チップの側面に形成された螺旋形状の溝と溶着金属とが噛み合うことで、チップの脱落や摺動を防止することができる。
【００１７】
さらに、上記溝の螺旋形状が、上記掘削ビットの基端部に形成されたネジと、同じ向きに形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この掘削工具によれば、溝の螺旋形状が、掘削ビットの基端部に形成されたネジと、同じ向きに形成されているので、掘削時の掘削ビットの回転により、チップにかかる回転力が、螺旋形状の溝によりチップを基端側に押し付ける方向に働くので、チップの脱落や摺動を防止することができる。
【００１９】
また、上記チップが、略多角柱の形状とされており、その断面の略多角形を構成する角部のうちの一つを上記先端部とし、基端部に上記溝が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この掘削工具によれば、略多角柱の形状のチップにおいて、その基端部に溝が形成されているので、チップと溶着金属との間に隙間が生じてしまった場合においても、チップの側面に形成された溝と溶着金属とが噛み合うことで、チップが摺動することを防止することができる。
【００２１】
そして、上記チップは、略三角柱の形状とされ、その断面の略三角形を形成する三つの角部のうち一つを先端部とし、残りの二つの角部に溝が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
この掘削工具によれば、チップが略三角柱の形状とされ、その断面の略三角形を形成する三つの角部のうち一つを先端部とするので、この先端部の角を形成する斜面を溶着金属が覆うように形成されるので、チップが脱落することを防止することができ、また、その基端部となる二つの角部に溝が形成されているので、チップが摺動することを防止することができる。
【００２３】
さらに、上記溝が互いに千鳥状に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この掘削工具によれば、溝が互いに千鳥状に形成されているので、溝同士が向かい合って形成されている場合より、チップの幅が狭くなる箇所がなく、チップの強度をより高くすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図８は、基端部が円柱状に形成されたチップが植設された掘削工具の実施の形態で、図７、図８に示された掘削工具１は、チップ３が植設された第１の実施の形態と、チップ１０が植設された第２の実施の形態とを示すものである。また、図９から図１３は、略三角柱の形状に形成されたチップ２２，２４が植設された第３、４の実施の形態である。なお、各実施の形態において、共通する構成要素については同一の符号を付し説明する。
【００２６】
図７，８に示された第１の実施の形態において、掘削工具１は、掘削ビット２と複数個のチップ３とを有する構成とされ、軸線Ｏを中心に軸対称の構造とされている。掘削ビット２は、略円柱状をなし、先端部は先端側に向けて漸次拡径され、基端部には、掘削ロッドへの取り付け用のネジ４が掘削ビット２と同軸をなすよう基端側外周面に螺設されている。また、掘削ビット２の先端面の中央部から外周に向かって等間隔に複数本（図では８本）の溝５が形成され、溝５に連通するように先端部の外周面に溝６が軸線Ｏに平行になるように形成されている。
【００２７】
チップ３は、超硬合金等の硬質材料から形成されて、先端部が略半球状とされるとともに、基端部が先端部に滑らかに連なる円柱状に形成されいる。そして、チップ３は掘削ビット２の先端面外周部の溝５が形成されていない面に、チップ３の先端部が突出するように溶接により植設されている。また、掘削ビット２先端面のチップ３が植設されている箇所は、溝５により複数箇所（図では８箇所）に分けられており、この植設箇所ごとに噴射口７が設けられている。
【００２８】
この掘削工具１は、基端部のネジ４が掘削ロッド（図示しない）に取り付けられ、軸線Ｏを中心に回転させられ、先端部を被削物に当接させることにより、チップ３が被削物を粉砕し、掘削作業に用いられる。また、粉砕された被削物は、噴射口７から噴射された流体により溝５、６を通過し、除去される。
【００２９】
この植設されているチップ３は、図１から３に示すように、基端部の側面に先端側から基端側に向けて、複数本（図では４本）の溝９が等間隔環状配列に形成されている。これにより、基端部の側面に凹凸形状が形成される。溝９は、先端側から基端側に向けて溝深さが浅くなり、溝幅が狭くなるように形成されている。そして、溶接時に溶着金属８は、チップ３の溝９に入り込むように形成される。掘削ビット２は、鋼材などから形成されており、溶接時に鋼材が溶着金属８に拡散して結合するので、掘削ビット２と溶着金属８との間には、十分な溶接強度が得られる。
【００３０】
上述したようにチップ３は、超硬合金等の硬質材料から形成されているが、このような超硬合金等の焼結金属は溶接時に溶着金属８と拡散して結合されることがなく、チップ３と溶着金属８とは溶接強度が低くなることがある。そして、掘削作業により加えられる外力により、チップ３と溶着金属８との間に隙間が生じてしまうことが考えられる。しかし、掘削工具１は、チップ３の溝９に溶着金属８が入り込んでいるので、チップ３と溶着金属８との間に隙間が生じてしまった場合においても、溶着金属８によりチップ３は係止され、チップ３の脱落や回転が防止される。
【００３１】
したがって、第１の実施の形態によれば、基端部が円柱状のチップ３の基端部に凹凸形状が形成されているので、チップ３の脱落や回転を防止することができ、掘削性能の低下を防止することができる。しかも上記溝９は、先端側から基端側に向けて溝深さが浅くなり、溝幅が狭くなるように形成されるので、より確実にチップの脱落や回転を防止することができる。
【００３２】
そして、図４から６に示されている、螺旋形状に溝１１，１３が形成されているチップ１０、１２を植設した掘削工具１が、第２の実施の形態とされる。掘削ビット２は、図７，８に示された形状と同じであり、第１の実施の形態のチップ３と同様にチップ１０、１２が植設されている。図４に示されているチップ１０は、基端部の側面に先端側から基端側に向けて、複数本（図では３本）の溝１１が、螺旋形状に右ネジの向きで形成されている。一方、図６に示されているチップ１２は、螺旋形状の溝１３が左ネジの向きに形成されている。そして、掘削ビット２の基端側外周面に螺設された、掘削ロッドへの取り付け用のネジ４の向きと同じ向きの螺旋形状の溝１１、１３が形成されたチップ１０，１２が選択される。つまり、ネジ４が右ネジであればチップ１０、ネジ４が左ネジであればチップ１２が選択され、掘削ビット２に植設される。
【００３３】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様にチップ１０，１２と溶着金属８との間に隙間が生じてしまった場合には、溝１１，１３に入り込んだ溶着金属により、チップ１０，１２が脱落や回転することは防止される。さらに、掘削時にチップ１０，１２と被削物との間に発生する摩擦力などは、掘削ビット２の回転により、チップ１０，１２に回転力として加えられる。この回転力は、溝１１，１３がネジ４と同じ向きに形成されているので、チップ１０，１２を基端側に押し付けるように作用する。
【００３４】
したがって、第２の実施の形態によれば、チップ１０，１２の基端部に螺旋形状の溝１１，１３が形成されているので、チップ１０，１２は、脱落しにくくなり、より確実に掘削性能の低下を防止することができる。
【００３５】
図９から１３に示された第３の実施の形態において、掘削工具２０は、掘削ビット２と複数個のチップ２２とを有する構成とされる。掘削ビット２は、第１，２の実施の形態とほぼ同じ形状をしており、掘削ビット２の先端面および先端部側面に、複数個のチップ２２が植設されている。
【００３６】
チップ２２は、超硬合金等の硬質材料から形成されて、略三角柱の形状とされ、特に本実施の形態では略正三角柱とされており、その断面の略三角形を形成する三つの角部のうち一つを先端部とし、先端部が突出するように溶接されて植設されている。そして、溶着金属２７は、チップ２２の先端部の角部を形成する斜面を覆うように形成される。また、チップ２２の基端部になる二つの角部には、先端側から基端側に向けて、複数本（図では４本）の溝２３が左右対称に形成されている。そして、チップ２２が掘削ビット２に溶接されると、溶着金属２７が溝２３に入り込むように形成される。
【００３７】
第３の実施の形態において、溶着金属２７とチップ２２との間に隙間が生じてしまった場合、溶着金属２７がチップ２２を覆うように形成されているので、チップ２２は溶着金属２７により係止され、チップ２２の脱落は防止される。また、掘削時の遠心力により、チップ２２には掘削ビット２の外周方向に力が加えられるが、溝２３に溶着金属２７が入り込んでいるので、チップ２２は溶着金属２７により係止され、摺動することが防止される。
【００３８】
第３の実施の形態に用いられるチップ２２は、溝２３が左右対称に形成されているので、チップ２２の溝２３が形成されている箇所において幅が狭くなり、その箇所での強度不足が考えられる。そこで、第４の実施の形態においては、図１１に示されるチップ２４が掘削ビット２に植設される。チップ２４には、溝２５が千鳥状に形成される。したがって、チップ２２のように幅が狭くなる箇所がなくなるので、チップ２２で考えられる強度不足が、チップ２４では生じることがない。そして、チップ２４が掘削ビット２に溶接されると、溝２５に溶着金属２７が入り込むように形成され、溶着金属２７がチップ２４の脱落や摺動を防止する。
【００３９】
したがって、第３の実施の形態によれば、略三角柱のチップ２２の脱落や摺動を確実に防止することができ、掘削性能の低下を防止することができる。また、第４の実施の形態によれば、略三角柱のチップ２４の強度を確保することができ、さらに、チップ２４の脱落や摺動を防止することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態においては、基端部が円柱状となっているチップや、略角柱状のチップについて説明を行ったが、これらの形状以外のチップに本発明を用いても良い。また、チップに形成される溝の形状や本数についても、本実施の形態で説明された溝の形状や本数でなくてもよい。また、チップの基端部に形成される凹凸形状が、溝によって形成される実施の形態を示したが、突起や凸部としても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による掘削工具は、チップの基端部の側面に凹凸形状が形成されたチップの側面を覆うようにチップが掘削ビットに溶接されているので、チップと溶着金属との間に隙間が生じてしまった場合においても、溶着金属がチップの側面に形成された凹凸形状と噛み合うことで、チップの脱落や摺動を防止することができ、掘削工具の掘削性能の低下を防止することができる。
【００４２】
また、上記凹凸形状は、先端側から基端側に向けて溝状に形成されており、この溝は、先端側から基端側に向けて溝深さが浅くなるように、また、溝幅が狭くなるように形成されているので、より確実にチップの脱落や摺動を防止することができる。
【００４３】
さらに、上記チップは、その基端部が円柱状に形成されており、この基端部の側面に形成される溝の形状が、先端部から基端部に向けて螺旋形状に形成されているので、チップの脱落や回転を防止することができる。そして、この螺旋形状は、上記掘削ビットの基端部に形成されたネジと、同じ向きに形成されているので、掘削時にかかる回転力がチップを基端側に押し付けるように作用し、よりチップが脱落や回転することを防止することができる。
【００４４】
また、略多角柱の形状のチップが溶接により植設された掘削工具においても、チップの基端部に溝が形成されているので、チップの脱落や摺動を防止することができ、掘削工具の掘削性能の低下を防止することができる。特に、略三角柱の形状のチップは、確実に固定することができるので、よりチップの脱落や摺動を防止することができる。さらに、上記溝が互いに千鳥状に形成されているので、チップの強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態における掘削工具のチップが植設された部分の断面図である。
【図２】  図１に示されたチップの側面図である。
【図３】  図２に示されたチップの底面図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態における溝が右ネジに形成されたチップの側面図である。
【図５】  図４に示されたチップの底面図である。
【図６】  本発明の第２の実施の形態における溝が左ネジに形成されたチップの側面図である。
【図７】  本発明の第１、２の実施の形態における掘削工具の側面図である。
【図８】  図７に示された掘削工具の底面図である。
【図９】  本発明の第３の実施の形態におけるチップの側面図である。
【図１０】  図９に示されたチップの上面図である。
【図１１】  本発明の第４の実施の形態におけるチップの上面図である。
【図１２】  本発明の第３，４の実施の形態における掘削工具の側面図である。
【図１３】  図１２に示された掘削工具の底面図である。
【図１４】  従来の掘削工具における略円柱状のチップが溶接された部分の断面図である。
【図１５】  従来の掘削工具における略角柱状のチップが溶接された部分の断面図である。
【符号の説明】
１ 、２０  掘削工具
２  掘削ビット
３、１０、１２  チップ（略円柱）
４  ネジ
９、１１、１３  溝
２２，２４  チップ（略三角柱）
２３，２５  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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