JP2020022430A - 作業爪及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業爪の所要動力を維持したまま、耐摩耗性を向上させること。【解決手段】作業爪は、爪本体部と、前記爪本体部の第１面に対して設けられた第１コーティング層と、前記爪本体部の前記第１面とは反対側の第２面に対し、前記第１コーティング層と向かい合うように設けられた第２コーティング層と、を含み、前記第２コーティング層の硬度は、前記爪本体部の硬度よりも高く、前記第１コーティング層の硬度よりも低い。【選択図】図３

Description

本発明は、土塊を掘り起こす作業のための作業爪に関する。特に、本発明は、耐摩耗性を有するコーティング層が表面に設けられた作業爪に関する。

従来、農作業用の耕耘作業機などに装備する作業爪の耐摩耗性を向上させるため、作業爪に耐摩耗性を有するコーティング層（硬質層）を形成する技術が知られている。耐摩耗性を有するコーティング層としては、一般的に、作業爪の母材よりも硬度の高いクロム炭化物を含む合金層が用いられる。このようなコーティング層を設けることにより、作業爪の耐久性を向上させることができる。

例えば、特許文献１には、耕耘作業機のカバーに付着した土塊と作業爪との摩擦による作業爪の摩耗を防ぐために、作業爪の側面に対してプラズマ粉末肉盛溶接（ＰＰＷ）等により耐摩耗性のコーティング層を設けることが記載されている。

実用新案登録第３１１７４６６号公報

特許文献１に記載された作業爪は、使用当初は、耐摩耗性のコーティング層によって刃縁部が保護され、作業爪の摩耗の進行が抑制される。しかしながら、耕耘作業を長時間継続するうちに、刃縁部のコーティング層は、徐々に摩耗により消失し、やがて作業爪の母材が露出する。露出した母材は、コーティング層に比べて柔らかいため、母材の摩耗が優先的に進行してしまう。その結果、刃縁部の形状が鋭利なものではなくなり、耕耘抵抗の増加に伴う所要動力の増加を招くという問題がある。また、残存したコーティング層は、わずかな衝撃で欠けてしまうため、本来の耐摩耗性能を発揮することができないという問題がある。

本発明の課題の一つは、所要動力を維持したまま、作業爪の耐摩耗性を向上させることにある。

本発明の一実施形態における作業爪は、爪本体部と、前記爪本体部の第１面に対して設けられた第１コーティング層と、前記爪本体部の前記第１面とは反対側の第２面に対し、前記第１コーティング層と向かい合うように設けられた第２コーティング層と、を含み、前記第２コーティング層の硬度は、前記爪本体部の硬度よりも高く、前記第１コーティング層の硬度よりも低い。

前記第１面は、刃付け面を有し、前記第１コーティング層は、前記刃付け面に重ねて設けられていてもよい。その際、前記爪本体部は、前記第２面を内側にして湾曲する刃部を有していてもよい。

前記第２面は、刃付け面を有し、前記第２コーティング層は、前記刃付け面に重ねて設けられていてもよい。その際、前記爪本体部は、前記第１面を内側にして湾曲する刃部を有していてもよい。

前記第１コーティング層と前記第２コーティング層とは、互いに異なる材料で構成されていてもよい。

本発明の一実施形態における作業爪の製造方法は、爪本体部の第１面に対して第１コーティング層を形成し、前記爪本体部の前記第１面とは反対側の第２面に対し、前記第１コーティング層と向かい合うように第２コーティング層を形成すること、を含み、前記第２コーティング層の硬度を、前記爪本体部の硬度よりも高く、前記第１コーティング層の硬度よりも低いものとする。

前記第１面は、刃付け面を有し、前記第１コーティング層を前記刃付け面に重ねて形成してもよい。その際、前記第１コーティング層は、レーザークラッディング法を用いて形成され、前記第２コーティング層は、レーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法を用いて形成されてもよい。さらに、前記第２コーティング層の形成を、前記爪本体部が平板状の状態にあるときに行い、前記第２コーティング層を形成した後、前記爪本体部を、前記第１面を内側にして湾曲させ、前記第１コーティング層の形成を、前記爪本体部が湾曲した状態にあるときに行ってもよい。

前記第２面は、刃付け面を有し、前記第２コーティング層を前記刃付け面に重ねて形成してもよい。その際、前記第１コーティング層は、レーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法を用いて形成され、前記第２コーティング層は、レーザークラッディング法を用いて形成されてもよい。さらに、前記第１コーティング層の形成を、前記爪本体部が平板状の状態にあるときに行い、前記第１コーティング層を形成した後、前記爪本体部を、前記第１面を内側にして湾曲させ、前記第２コーティング層の形成を、前記爪本体部が湾曲した状態にあるときに行ってもよい。

本発明の一実施形態によれば、所要動力を維持したまま、作業爪の耐摩耗性を向上させることができる。

第１実施形態に係る作業爪を第１面の側から見た構成を示す図である。 第１実施形態に係る作業爪を第２面の側から見た構成を示す図である。 第１実施形態に係る作業爪の断面の構成を示す図である。 第１実施形態に係る作業爪の摩耗が進行した場合の例について説明するための図である。 爪本体部に対し、レーザークラッディング法を用いて第２コーティング層を形成する様子を示す図である。 第２実施形態に係る作業爪の断面の構成を示す図である。 第３実施形態に係る作業爪の断面の構成を示す図である。 第３実施形態に係る作業爪の摩耗が進行した場合の例について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の作業爪の実施形態について説明する。但し、本発明の作業爪は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以下の実施形態では、作業爪として耕耘作業機に装着される作業爪について例示するが、この構成に限定されない。例えば、以下の実施形態に示す作業爪は、耕耘作業機以外に、代かき機、砕土機、畦塗り機などに用いられる作業爪であってもよい。また、以下の実施形態では、回転軸に対してフランジを用いて装着するタイプの作業爪について例示するが、ホルダを用いて装着するタイプの作業爪であってもよい。

〈第１実施形態〉
（作業爪の構成）
図１、図２及び図３は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る作業爪１０の構成を示す図である。具体的には、図１は、作業爪１０を第１面の側から見た図を示し、図２は、作業爪１０を第１面とは反対側の第２面の側から見た図を示している。また、図３は、図１及び図２に示したＡ−Ａ線で切った断面の刃縁側の一部を示している。なお、本実施形態に示す作業爪の形状は一例に過ぎず、この形状に限定されるものではない。

図１及び図２に示されるように、作業爪１０の爪本体部１０ａは、取付基部１２及び刃部１４を有する。ここで、爪本体部１０ａとは、作業爪１０の母材であり、作業爪１０のうち、後述する第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８を除いた部分に相当する。例えば、作業爪１０の母材の材料としては、公知のＳＵＰ材を用いることができる。なお、実際には、作業爪１０は、さらに爪本体部１０ａ、第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８を覆うように、塗装により形成した保護層を有する。しかし、説明の便宜上、図１〜図３においては、保護層の図示を省略している。

取付基部１２は、作業ロータの回転軸に装着する際、フランジに取り付けられる部分である。具体的には、取付基部１２には、ボルト等の締結部材を挿入する取付孔１６ａ及び１６ｂが長手方向に２箇所設けられている。作業爪１０は、これらの取付孔１６ａ及び１６ｂを用いて作業ロータの回転軸に固定されたフランジに装着される。勿論、フランジに代えて、ホルダを用いて装着するタイプの作業爪の場合は、ホルダを介して作業爪１０を回転軸に装着することも可能である。

刃部１４は、作業爪１０のうち、取付基部１２以外の部分を指している。ただし、取付基部１２と刃部１４との間に厳密な境界があるわけではなく、説明の便宜上、両者を区別しているにすぎない。なお、刃部１４は、さらに縦刃部及び横刃部に区別される場合もあるが、本実施形態では、縦刃部及び横刃部をまとめて刃部１４と呼ぶ。

図１及び図２に示されるように、刃部１４は、爪先に向けて略一定の曲率半径で緩やかに湾曲した形状となっている。具体的には、刃部１４は、爪本体部１０ａの第１面１０ａａ（図１に示される面）を内側にして湾曲している。この湾曲した内側の面（第１面１０ａａ）は、土壌に対してすくい面として機能する。本実施形態の作業爪１０は、このすくい面によって、土を耕耘・放擲するとともに土寄せも行うことが可能となっている。ただし、これに限られるものではなく、作業爪１０の用途に応じて、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂ（図２に示される面）を内側にして湾曲させることも可能である。

また、刃部１４は、曲線形状である刃縁部１８と、刃縁部１８に対して略等間隔を維持しながら延びる峰縁部２０と、刃縁部１８と峰縁部２０とを連続的に結ぶ頭縁部２２を有している。刃縁部１８は、作業爪１０の刃付け面２４が設けられる側の縁を指す。本実施形態では、図２に示されるように、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに刃付け面２４が設けられる。刃付け面２４は、刃縁部１８に向かうにつれて爪本体部１０ａの厚さが徐々に薄くなる部分（傾斜面を有する部分）である。

上述の構成を有した作業爪１０は、耕耘作業時において、作業ロータの回転に伴い、図中の矢印Ａの方向に回転する。したがって、作業爪１０は、刃部１４の刃縁部１８の側から圃場へと打ち付けられる。そのため、耕耘作業を継続すると、刃縁部１８から徐々に爪本体部１０ａが摩耗する。

そこで、本実施形態の作業爪１０においては、刃部１４（特に、刃部１４の刃縁部１８の側）に対し、母材である爪本体部１０ａよりも硬いコーティング層（耐摩耗性コーティング層）を設けている。これにより、本実施形態の作業爪１０は、爪本体部１０ａの摩耗を抑制することができるため、土壌に対して耐摩耗性を有することができる。

ここで、本実施形態の作業爪１０は、爪本体部１０ａの第１面１０ａａに対し、第１コーティング層２６が設けられ、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに対し、第２コーティング層２８が設けられている。第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８は、いずれも土壌に対して耐摩耗性を有する硬質層であり、爪本体部１０ａよりも硬い材料で構成される。

図１に示されるように、第１コーティング層２６は、爪本体部１０ａの第１面１０ａａに対し、刃縁部１８に沿って刃部１４のほぼ全体に亘って設けられている。同様に、第２コーティング層２８は、図２に示されるように、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに対し、刃縁部１８に沿って刃部１４のほぼ全体に亘って、刃付け面２４に重ねて設けられている。つまり、図３に示されるように、第１コーティング層２６と第２コーティング層２８は、刃付け面２４を挟み込むようにして、互いに向かい合って配置される部分を有する。

ここで、第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８としては、作業爪１０の爪本体部１０ａを構成する材料（例えば、ＳＵＰ６などのバネ鋼）よりも硬度の高い合金材料、例えばクロム炭化物又はニオブ炭化物等を含む合金材料、タングステンを含む合金材料（例えば、タングステンカーバイドを含む材料）、又は、自溶性合金材料（例えばコルモノイ合金を含む合金材料）を用いることができる。勿論、ここで例示した合金材料は一例に過ぎず、爪本体部１０ａよりも硬度の高い合金材料であれば如何なるものを用いてもよい。なお、硬度は、爪本体部１０ａと第１コーティング層２６又は第２コーティング層２８との間の相対的な硬さの指標であればよく、例えば、ロックウェル硬度、ビッカース硬度、ブリネル硬度等を用いることができる。特に、材料の平均的な硬さを評価する上では、測定範囲が比較的広いロックウェル硬度又はブリネル硬度を用いることが好ましい。さらに、例えば、複数点の測定結果の平均値（例えば、５点平均、１０点平均など）を用いて硬度を算出することにより、測定位置に依存しない平均的な測定結果を用いて第相対的な硬さを評価することが好ましい。

さらに、本実施形態では、爪本体部１０ａの硬度、第１コーティング層２６の硬度、及び第２コーティング層２８の硬度の間に、特定の関係が成り立つ。具体的には、本実施形態の作業爪１０は、第２コーティング層２８の硬度が、爪本体部１０ａの硬度よりも高く、第１コーティング層２６の硬度よりも低いという構成を有している。このように、本実施形態では、爪本体部１０ａの刃付け面２４を挟み込むように第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８を設け、かつ、刃付け面２４が設けられている面（第２面１０ａｂ）に対し、相対的に硬度の低い方のコーティング層（ここでは第２コーティング層２８）を設けている。

ここで、図４は、第１実施形態に係る作業爪１０の摩耗が進行した場合の例について説明するための図である。具体的には、図４（Ａ）は、本実施形態の作業爪１０において摩耗が進行した場合の例であり、図４（Ｂ）は、作業爪の両方の側面に対し、同じ硬度の耐摩耗性コーティング層を設けた場合の比較例である。

図４（Ａ）に示されるように、本実施形態の作業爪１０は、第１コーティング層２６に比べて第２コーティング層２８の摩耗の進行が速い。この場合、最も硬度の低い爪本体部１０ａは、第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８で保護されつつ摩耗するため、図４（Ａ）に示されるように、傾斜した露出面１０ａｃを形成しつつ摩耗する。その結果、作業爪１０の刃縁部１８は、刃付け面のようなテーパー形状を維持したまま摩耗が進行する。したがって、本実施形態の作業爪１０は、耕耘作業を継続しても耕耘抵抗の増加が抑制され、所要動力（耕耘作業に必要なトルク）の増加を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、所要動力を維持したまま、作業爪１０の耐摩耗性を向上させることができる。

他方、図４（Ｂ）に示されるように、爪本体部４０ａの第１面４０ａａ及び第２面４０ａｂに対し、同一材料で構成される第１コーティング層４２及び第２コーティング層４４を設けた場合、第１コーティング層４２及び第２コーティング層４４は、略同一の速さで摩耗する。この場合、最も硬度の低い爪本体部４０ａが優先的に摩耗するため、図４（Ｂ）に示されるように、第１コーティング層４２及び第２コーティング層４４に比べて爪本体部４０ａがへこんだ形状の刃縁部が形成されてしまう。したがって、比較例の作業爪４０は、耕耘作業を継続すると耕耘抵抗が増加し、所要動力も増加してしまう。

以上のように、本実施形態では、作業爪の刃縁部の近傍を保護するコーティング層として、互いに異なる硬度を有する２種類のコーティング層を用い、刃付け面が設けられた側のコーティング層の硬度を、爪本体部の硬度より高く、他方のコーティング層の硬度よりも低いものとする。これにより、刃付け面を介して向かい合う２つのコーティング層の摩耗速度を、硬度の差を利用してコントロールすることができ、摩耗が進行しても刃縁部のテーパー形状を維持することができる。

（作業爪の製造方法）
上述のとおり、本実施形態では、第１コーティング層２６と第２コーティング層２８とを互いに硬度が異なる材料で構成しているが、各コーティング層の製造方法には、特に制限はない。したがって、各コーティング層の製造に当たり、レーザー照射を用いてコーティング材料を溶融させる方法（例えばレーザークラッディング法）やレーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法（例えば、溶着法、溶接法、溶射法、又はＰＰＷ（プラズマパウダウェルディング）法など）のいずれを用いてもよい。

そこで本実施形態では、作業爪の製造コスト、刃付け面２４への施工性、製造後の美観等を総合的に考慮し、第１コーティング層２６を前述の溶着法、溶接法、溶射法、又はＰＰＷ（プラズマパウダウェルディング）法など、レーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法で形成し、第２コーティング層２８をレーザークラッディング法で形成する。

具体的には、まず、平板状の爪本体部１０ａ（すなわち、湾曲加工前の爪本体部１０ａ）を用意し、刃縁部１８に沿って第１コーティング層２６の原材料となる合金材料を爪本体部１０ａの第１面１０ａａに導入した後、高周波加熱により爪本体部１０ａを加熱し、これを冷却することにより、図１に示す第１コーティング層２６が形成される。第１コーティング層２６の硬度は、爪本体部１０ａの硬度よりも高い。原材料となる合金材料としては、例えば、鉄、クロム及びニッケル等をベースとした材料を用いることができる。いずれにしても、爪本体部１０の母材（例えば、ＳＵＰ材）よりも硬度の高い合金材料を用いればよい。

次に、第１コーティング層２６を形成した後、爪本体部１０ａを、第１面１０ａａを内側にして湾曲させ、図１及び図２に示すようなすくい面を形成する。

次に、爪本体部１０ａを湾曲させた状態でレーザークラッディング法により第２コーティング層２８を形成する。具体的には、湾曲した爪本体部１０ａの第２面１０ａｂにおける刃付け面２４を覆うように第２コーティング層２８を形成する。前述のとおり、第２コーティング層２８の硬度は、爪本体部１０ａの硬度よりも高く、第１コーティング層２６の硬度よりも低い。

ここで、レーザークラッディング法とは、微細な合金粉末をレーザー光の照射領域に吹き付け、レーザー光のエネルギーを利用してワーク（処理対象）と合金粉末とを溶解し、ワークの表面に合金層を形成する技術である。レーザークラッディング法に使用する合金粉末に特に制限はないが、前述のように、爪本体部１０ａの硬度よりも高く、第１コーティング層２６の硬度よりも低い硬度が得られるように合金粉末の種類や成分比を選定すればよい。合金粉末としては、例えば、ニッケル系やコバルト系の基合金にクロム炭化物、ニオブ炭化物、タングステン炭化物などを含有させたものを用いることができる。ただし、コーティング層として、単一の金属元素からなる純金属層を用いることも可能である。

レーザークラッディング法は、爪本体部１０ａへの入熱が少ないため、第１面１０ａａの側に第１コーティング層２６を形成した後に第２面１０ａｂの側に第２コーティング層２８を形成する際、第１コーティング層２６への熱的影響を抑制することができる。また、レーザークラッディング法は、刃付け面２４のように傾斜面を有する部分に対しても密着性よくコーティング層を形成することができるという利点を有する。

さらに、レーザークラッディング法は、レーザー光のエネルギーで瞬間的に合金粉末を溶融することができるため、原材料として使用可能な合金粉末の選択の幅が広い。したがって、爪本体部１０ａの硬度と第１コーティング層２６の硬度とを勘案して、所望の硬度の第２コーティング層２８を形成することができる。本実施形態の場合、第１コーティング層２６の形成に用いた合金材料とは異なる合金材料を用いることにより、第１コーティング層２６と第２コーティング層２８の硬度を異ならせることができる。

ここで、レーザークラッディング法を用いて、ワークである爪本体部１０ａに合金層を形成する様子について説明する。図５は、爪本体部１０ａに対し、レーザークラッディング法を用いて第２コーティング層２８を形成する様子を示す図である。

図５において、ワークである爪本体部１０ａ（前述の湾曲した状態にある爪本体部１０ａ）は、作業台としての２軸ポジショナー（図示せず）の上に載置され、水平面内で自由に移動可能となっている。また、レーザークラッディング法は、ワークの形状に依らず合金層を形成することができるため、２軸ポジショナーは、その作業台上に様々な形状のワークを固定可能な治具を備えている。

爪本体部１０ａの第２面１０ａｂには、第２コーティング層２８が形成される。本実施形態では、合金粉末としてクロム炭化物を含む合金粉末を用いるため、第２コーティング層２８として、クロム炭化物を含む合金層が形成される。勿論、クロム炭化物に代えて、他の金属炭化物を含む合金粉末を用いることも可能である。

レーザー装置６０は、筐体６２の内部にレーザー光路６４と、材料供給路６６ａ、６６ｂとを有する。レーザー光路６４は、その内側に光学レンズ６８を備え、レーザー光７０を爪本体部１０ａの第２面１０ａｂへと誘導する経路である。材料供給路６６ａ及び６６ｂは、内部がノズル状になっており、第２コーティング層２８の原材料としての合金粉末７２を爪本体部１０ａの第２面１０ａｂへと噴射可能になっている。

レーザー光７０としては、例えば、ＨＰＤＤＬ（高出力ダイレクトダイオードレーザー）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、ＣＯ2レーザーなどを用いることができる。レーザー光７０の断面形状は、光学レンズ６８によって円形状にすることもできるし、矩形状にすることもできる。

なお、レーザー光路６４の内側は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスで構成されるシールドガス７４で充填されている。このシールドガス７４は、レーザー光７０の出射口から爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに吹き付けられ、被処理部５３を不活性雰囲気とすることにより外気から保護する役割を有する。これにより、第２コーティング層２８に不純物として不要な酸化物が混入されることを防ぐことができる。

以上説明したレーザー装置６０を用いて爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに対してレーザー光７０を照射しつつ合金粉末７２を供給すると、爪本体部１０ａの被処理部５３には、溶融層（メルティングプール）５３ａが形成される。そして、レーザー装置６０を３次元的に移動させることにより、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに沿って溶融層５３ａを移動させ、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂの所望の位置に第２コーティング層２８を形成することができる。

また、溶融層５３ａの形成は瞬間的に行われ、ただちに冷却されて第２コーティング層２８を形成するため、爪本体部１０ａに対する入熱が少なく、さらに爪本体部１０ａへの合金の溶け込みも少ない。したがって、レーザークラッディング法を作業爪のコーティングに適用した場合においても、母材が熱歪みや熱的影響を受けることなく、作業爪の強度や靭性の低下を抑えることができる。

さらに、レーザー光７０による瞬間的な高温加熱により爪本体部１０ａと合金粉末７２とが強固に結合するため、薄い膜厚であっても密着性の高い第２コーティング層２８を形成することができる。つまり、従来よりも少ないコーティング量で従来と同等の密着性を確保できるため、製造コストの低減が可能である。

〈第２実施形態〉
第１実施形態では、第１コーティング層２６の硬度と第２コーティング層２８の硬度とを異ならせることにより、両者の摩耗速度を異なるものとする例を示したが、本実施形態では、第１コーティング層２６と第２コーティング層２８の膜厚を異ならせることにより両者の摩耗速度を異なるものとする例を示す。なお、図面上、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同じ符号及び記号を用いることにより、詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態に係る作業爪８０の断面の構成を示す図である。図６に示されるように、本実施形態では、爪本体部１０ａの第１面１０ａａに対し、第１コーティング層２６ａが設けられ、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに対し、第２コーティング層２８ａが設けられている。このとき、第１コーティング層２６ａの膜厚ｔ１が、第２コーティング層２８ａの膜厚ｔ２に比べて厚くなっている。なお、本実施形態において、第１コーティング層２６ａと第２コーティング層２８ａとは、同一材料で構成されている。

このように、第１コーティング層２６ａと第２コーティング層２８ａの膜厚に差を設けた場合、膜厚の厚い第１コーティング層２６ａの方が摩耗による消失が遅れるため、結果として、摩耗速度が異なるものとなる。したがって、第１コーティング層２６ａの摩耗を第２コーティング層２８ａの摩耗よりも遅らせることにより、図４を用いて説明したように、作業爪８０の刃縁部１８は、テーパー形状を維持したまま摩耗が進行する。したがって、本実施形態の作業爪８０は、耕耘作業を継続しても耕耘抵抗の増加が抑制され、所要動力の増加を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、所要動力を維持したまま、作業爪８０の耐摩耗性を向上させることができる。

〈第３実施形態〉
第１実施形態及び第２実施形態では、爪本体部１０ａに対して第２面１０ａｂのみに刃付け面２４を設けた例を示したが、第１面１０ａａと第２面１０ａｂの両面に刃付け面を設けてもよい。この場合であっても第１実施形態及び第２実施形態で説明した効果を奏することができる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、刃付け面２４をすくい面（湾曲部分の内側に位置する面）とは反対側の面（湾曲部分の外側に位置する面）に設けた例を示したが、すくい面の側（すなわち、爪本体部１０ａの第１面１０ａａ）に設けてもよい。

〈第４実施形態〉
（作業爪の構成）
第１実施形態では、第１コーティング層２６よりも硬度の低い第２コーティング層２８を、刃付け面２４が設けられている第２面１０ａｂに設けた例を示した。本実施形態では、それとは逆に、第１コーティング層２６を刃付け面２４が設けられている第２面１０ａｂに設け、第２コーティング層２８を第１面１０ａａに設けた例を示す。なお、作業爪９０の基本的な構成は、図１及び図２を用いて説明したとおりであるため、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同じ符号及び記号を用いることにより、詳細な説明を省略する。

本実施形態の作業爪９０は、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに対し、第１コーティング層２６が設けられ、爪本体部１０ａの第１面１０ａａに対し、第２コーティング層２８が設けられている。第１コーティング層２６は、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂに対し、刃縁部１８に沿って刃部１４のほぼ全体に亘って、刃付け面２４に重ねて設けられている。同様に、第２コーティング層２８は、爪本体部１０ａの第１面１０ａａに対し、刃縁部１８に沿って刃部１４のほぼ全体に亘って設けられている。

図７は、第４実施形態に係る作業爪９０の断面の構成を示す図である。図７に示されるように、第１コーティング層２６と第２コーティング層２８は、刃付け面２４を挟み込むようにして、互いに向かい合って配置される部分を有する。第１実施形態と同様に、本実施形態の作業爪９０は、第２コーティング層２８の硬度が、爪本体部１０ａの硬度よりも高く、第１コーティング層２６の硬度よりも低いという構成を有している。このように、本実施形態では、爪本体部１０ａの刃付け面２４を挟み込むように第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８を設け、かつ、刃付け面２４が設けられている面（第２面１０ａｂ）に対し、相対的に硬度の高い方のコーティング層（ここでは第１コーティング層２６）を設けている。

ここで、図８は、第４実施形態に係る作業爪９０の摩耗が進行した場合の例について説明するための図である。具体的には、図８（Ａ）は、本実施形態の作業爪９０において、刃付け面２４の途中まで摩耗が進行した場合の例であり、図８（Ｂ）は、本実施形態の作業爪９０において、刃付け面２４が無くなるまで摩耗が進行した場合の例である。

図８（Ａ）に示されるように、本実施形態の作業爪９０は、第１コーティング層２６に比べて第２コーティング層２８の摩耗の進行が速い。この場合、最も硬度の低い爪本体部１０ａは、第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８で保護されつつ摩耗するため、図８（Ａ）に示されるように、傾斜した露出面１０ａｃを形成しつつ摩耗する。つまり、作業爪９０の刃縁部１８は、第１面１０ａａに、あたかも刃付け面のようなテーパー形状を形成しつつ摩耗が進行する。その結果、本実施形態の作業爪９０は、第１面１０ａａに形成されたテーパー状の露出面１０ａｃと、第２面１０ａｂに設けられていた刃付け面２４とによって鋭利な刃縁部１８を維持することができる。

さらに摩耗が進行すると、図８（Ｂ）に示されるように、第２面１０ａｂに設けられていた刃付け面２４が消失する。しかし、第１面１０ａａには、前述の傾斜した露出面１０ａｃが維持されるため、依然として鋭利な刃縁部１８を維持することができる。

以上のように、本実施形態の作業爪９０は、耕耘作業を継続しても耕耘抵抗の増加が抑制され、所要動力（耕耘作業に必要なトルク）の増加を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、所要動力を維持したまま、作業爪９０の耐摩耗性を向上させることができる。

（作業爪の製造方法）
本実施形態の作業爪９０に用いられる第１コーティング層２６及び第２コーティング層２８の製造方法は、第１実施形態と同様の方法を用いることができる。すなわち、各コーティング層の製造に当たり、レーザー照射を用いてコーティング材料を溶融させる方法（例えばレーザークラッディング法）やレーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法（例えば、溶着法、溶接法、溶射法、又はＰＰＷ（プラズマパウダウェルディング）法など）のいずれを用いてもよい。

本実施形態では、作業爪の製造コスト、刃付け面２４への施工性、製造後の美観等を総合的に考慮し、第１コーティング層２６をレーザークラッディング法で形成し、第２コーティング層２８を前述の溶着法、溶接法、溶射法、又はＰＰＷ（プラズマパウダウェルディング）法など、レーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法で形成する。

具体的には、まず、平板状の爪本体部１０ａ（すなわち、湾曲加工前の爪本体部１０ａ）を用意し、刃縁部１８に沿って第２コーティング層２８の原材料となる合金材料を爪本体部１０ａの第１面１０ａａに導入した後、高周波加熱により爪本体部１０ａを加熱し、これを冷却することにより、第２コーティング層２８が形成される。

次に、第２コーティング層２８を形成した後、爪本体部１０ａを、第１面１０ａａを内側にして湾曲させ、図１及び図２に示すようなすくい面を形成する。ただし、これに限られるものではなく、作業爪９０の用途に応じて、爪本体部１０ａの第２面１０ａｂ（図２に示される面）を内側にして湾曲させることも可能である。

次に、爪本体部１０ａを湾曲させた状態でレーザークラッディング法により第１コーティング層２６を形成する。具体的には、湾曲した爪本体部１０ａの第２面１０ａｂにおける刃付け面２４を覆うように第１コーティング層２６を形成する。前述のとおり、第１コーティング層２６の硬度は、爪本体部１０ａの硬度よりも高く、第２コーティング層２８の硬度よりも高い。

以上のように、本実施形態では、爪本体部１０ａの第１面１０ａａ及び第２面１０ａｂに対して、それぞれ異なる硬度のコーティング層を設けるに当たり、刃付け面２４を有する第２面１０ａｂ側に、より硬度の高い第１コーティング層２６を設ける。これにより、図８を用いて説明したように、第１面１０ａａ及び第２面１０ａｂの両面に刃付け面を設けた構成と同等の効果を得ることができる。

以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、上述した各実施形態は、特に技術的な矛盾を生じない限り、それぞれ組み合わせることが可能である。

１０、４０、８０、９０…作業爪、１０ａ…爪本体部、１０ａａ…第１面、１０ａｂ…第２面、１０ａｃ…露出面、１２…取付基部、１４…刃部、１６ａ、１６ｂ…取付孔、１８…刃縁部、２０…峰縁部、２２…頭縁部、２４…刃付け面、２６、２６ａ…第１コーティング層、２８、２８ａ…第２コーティング層、４０ａ…爪本体部、４０ａａ…第１面、４０ａｂ…第２面、４２…第１コーティング層、４４…第２コーティング層、５３…被処理部、５３ａ…溶融層、６０…レーザー装置、６２…筐体、６４…レーザー光路、６６ａ、６６ｂ…材料供給路、６８…光学レンズ、７０…レーザー光、７２…合金粉末、７４…シールドガス

Claims (13)

1. 爪本体部と、
   前記爪本体部の第１面に対して設けられた第１コーティング層と、
   前記爪本体部の前記第１面とは反対側の第２面に対し、前記第１コーティング層と向かい合うように設けられた第２コーティング層と、
   を含み、
   前記第２コーティング層の硬度は、前記爪本体部の硬度よりも高く、前記第１コーティング層の硬度よりも低い、作業爪。
2. 前記第１面は、刃付け面を有し、
   前記第１コーティング層は、前記刃付け面に重ねて設けられている、請求項１に記載の作業爪。
3. 前記爪本体部は、前記第２面を内側にして湾曲する刃部を有する、請求項２に記載の作業爪。
4. 前記第２面は、刃付け面を有し、
   前記第２コーティング層は、前記刃付け面に重ねて設けられている、請求項１に記載の作業爪。
5. 前記爪本体部は、前記第１面を内側にして湾曲する刃部を有する、請求項４に記載の作業爪。
6. 前記第１コーティング層と前記第２コーティング層とは、互いに異なる材料で構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の作業爪。
7. 爪本体部の第１面に対して第１コーティング層を形成し、
   前記爪本体部の前記第１面とは反対側の第２面に対し、前記第１コーティング層と向かい合うように第２コーティング層を形成すること、
   を含み、
   前記第２コーティング層の硬度を、前記爪本体部の硬度よりも高く、前記第１コーティング層の硬度よりも低いものとする、作業爪の製造方法。
8. 前記第１面は、刃付け面を有し、
   前記第１コーティング層を前記刃付け面に重ねて形成する、請求項７に記載の作業爪の製造方法。
9. 前記第１コーティング層は、レーザークラッディング法を用いて形成され、前記第２コーティング層は、レーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法を用いて形成される、請求項８に記載の作業爪の製造方法。
10. 前記第２コーティング層の形成を、前記爪本体部が平板状の状態にあるときに行い、
    前記第２コーティング層を形成した後、前記爪本体部を、前記第１面を内側にして湾曲させ、
    前記第１コーティング層の形成を、前記爪本体部が湾曲した状態にあるときに行う、請求項９に記載の作業爪の製造方法。
11. 前記第２面は、刃付け面を有し、
    前記第２コーティング層を前記刃付け面に重ねて形成する、請求項７に記載の作業爪の製造方法。
12. 前記第１コーティング層は、レーザー照射以外の手段を用いてコーティング材料を溶融させる方法を用いて形成され、前記第２コーティング層は、レーザークラッディング法を用いて形成される、請求項１１に記載の作業爪の製造方法。
13. 前記第１コーティング層の形成を、前記爪本体部が平板状の状態にあるときに行い、
    前記第１コーティング層を形成した後、前記爪本体部を、前記第１面を内側にして湾曲させ、
    前記第２コーティング層の形成を、前記爪本体部が湾曲した状態にあるときに行う、請求項１２に記載の作業爪の製造方法。

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