JP3542579B2 - 切削工具取付け器具、結合継手、切削工具アセンブリ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビットホルダ（工具保持具）と切削工具との間に挿入するための、斜端部を有するリテーナと組み合わせて使用される、テーパ状に設計された手動交換できる保護用防摩スリーブに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
長年、鉱業や建設業において、切削ビットホルダをドラム又はチェーンに取り付ける方法としては、ビット保持ブロックを鉱山機械又は建設機械の切断器に直接溶接するのが一般的であった。切断器をドラムやチェーンに取り付けるためのこの溶接法では、切削ビットホルダを取り外すための切断トーチ、及び切削ビットホルダをドラムやチェーンに結合するための溶接設備が必要であった。ビットホルダを取り外し、古いものを新品と交換する作業は、熟練した溶接工により行われる必要があった。経験豊富な溶接工は数少ない上、ビットホルダの機械への溶接は現場で行わなくてはならないという問題もあり、ビットホルダ及び切削工具の交換は容易でなかった。この結果、隣接するビットへの負担が過剰となり、摩耗が加速度的に進行した。米国特許第４，５４２，９４３号及び同第４，０６８，８９７号には、非熟練作業者でもビットホルダを容易に交換できるようにするため、典型的には切削機械に溶接された支持ブロック基台にビットホルダを着脱可能に取り付けるビットホルダ設計が開示されている。
【０００３】
連続採鉱機等の鉱山機械、ロード・プレーナ等の道路工事用機械や機械化ショベル等の土砂移動用機械においては、これらの器具に土層やアスファルト、舗装、コンクリート等の人造表面を切削するために複数の切削ビットが取り付けられている。回転ホイール、チェーン、回転アーム又は回転ドラム等の移動手段によりビットを移動する。鉱山機械自体は、アンダーカット機、連続採鉱機、長壁用採鉱機等、様々なタイプのものがある。ビットは、一般的に切削ビットを保持するためのビットホルダを有する。ビットホルダは移動する機械と直接結合されるか、もしくは作業中の機械に溶接された支持ブロックに結合される。保護用防摩スリーブは、切削ビットのシャンク（柄部）とビットホルダボア（空洞部）との間のフレッチング（擦過）により発生するビットホルダの摩耗を軽減するため、ビットホルダに挿入される。
【０００４】
米国特許第５，４９８，０６９号（Ｓｉｅｂｅｎｈｏｆｅｒ等）及び同第４，０５７，２９４号が教示するような従来技術の防摩スリーブは、保護用防摩スリーブとビットホルダボアとの間のくさび構造により、ビットホルダ内の適切な位置に固定されている。このようなくさび構造は、保護スリーブとビットホルダとの間に相対移動がほとんど生じないような方法で保護用防摩スリーブをビットホルダに固定するよう設計されている。これらの特許に開示されるビットホルダはテーパ部を備え、また防摩スリーブのテーパ部を受容するテーパ状キャビティ（空洞）を備える。保護用防摩スリーブとビットホルダとの間には接触及び摩擦が発生し、これにより両者間の相対回転及びフレッチングが防止される。
【０００５】
産業界では、切削ビットアセンブリの保護用防摩スリーブは摩耗したら定期的に交換しなくてはならない。一方で、鉱山機械／建設機械の通常作業中に発生する負荷やトルクが加わることで緩むことのないよう、保護スリーブはビットホルダに適切に固定されることが必要である。米国特許第４，３３７，９８０号（Ｋｒｅｃｋｌｅｒ）及び同第５，３７０，４４８号（Ｓｔｅｒｗａｒｆ）に教示されているように、従来技術の保護スリーブには、くさび構造の他にも、ピン、ねじ、ボルト等の結合手段を含むものがある。
【０００６】
英国特許出願番号２１８２３７３Ａ号（Ａｌｄｅｒ）は、テーパ状のくさびに加えピン及びリテーナクリップによりビットホルダに結合された切削工具アセンブリ用防摩スリーブを開示している。
【０００７】
米国特許第５，６２８，５４９号（Ｒｉｔｃｈｅｒｙ等）に記載されているように、防摩スリーブをビットホルダのキャビティに固定するための、切削ビットの環状溝付きシャンク部の周囲に配置された円筒形のスプリットリングリテーナが当該技術で知られている。米国特許第３，８３３，２６５号（Ｅｌｄｅｒｓ）にも、スリーブとボアとの間に配置されるスプリットスリーブリテーナが記載されている。スプリットスリーブリテーナは、スプリットスリーブリングでビットホルダのキャビティに軸方向に打ち込まれると圧縮される、弾性のあるバネ状物質で作られている。円筒形のスプリットスリーブは対応するビットホルダキャビティボア（空洞部）に対し外方向に付勢され、スリーブが軸方向移動しないよう堅く固定する。リテーナはビットホルダボアの側壁に対し所定位置に摩擦力で保持され、リテーナの軸方向の移動が防止される。環状溝を有する防摩スリーブの側壁はスプリットスリーブリテーナに当接しているため、スリーブはビットホルダから抜けることがない。しかしながら、このような設計は切削機械の作業中に分解する可能性が幾分あるため、必ずしも適切であるとはいえない。
【０００８】
米国特許第５，７２５，２８３号（Ｏ’Ｎｅｉｌｌ）は締りばめによりビットホルダブロックに固定された防摩スリーブを開示している。ビットホルダのボア寸法（内径寸法）と、防摩スリーブの外径は正確に切削され、ホーニング加工される。防摩スリーブの外径とビットホルダのボアを製作する際に誤差はほとんど許容されない。このように高い精度で製造することは費用もかさみ、時間もかかる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の保護用（防摩）スリーブは、ビットホルダと保護用防摩スリーブ間の相対回転を防止するよう、ビットホルダに交換可能に取り付けられる。本発明の保護用防摩スリーブは、従来技術のものと比べて、切削作業中に発生する異常な負荷やトルクが加わることで誤って抜ける可能性が大幅に低くなっている。
【００１０】
本発明の切削工具アセンブリは、ビットホルダキャビティの対応するテーパ部内で圧縮されるテーパ状くさび部によりビットホルダキャビティ内に固定される保護用防摩スリーブと、第２のリテーナ固定手段と、を含む。
【００１１】
本発明の保護用防摩スリーブは、ハンマや他の適切な工具で軸方向に数回打ちつけることでビットホルダ内に固定することができる。従来技術の設計には、防摩保護スリーブをビットホルダに固定するため、ピンやナットを切削工具の後端に結合されたボルトやクリップに挿入することを必要とするものもあったが、本発明ではこれらとは異なり、本発明の保護スリーブをビットホルダキャビティ内に固定するために他の組立てステップを必要としない。防摩スリーブとビットホルダとの間に相対的な軸方向移動又は回転が発生しないため、保護スリーブはこの位置に留まっている。
【００１２】
保護用防摩スリーブをビットホルダから取り外したい場合には、防摩スリーブのショルダとビットホルダの露出した採鉱面との間に公知の梃子ホークを押し込み、梃子の作用で防摩スリーブをビットホルダから取り外す。防摩スリーブは、例えば従来技術で行っていたように、リテーナやスプリット安全リングを取り外したり、ボルトを抜いたりすることなく、一段階の梃子ステップで容易に取り外すことができる。
【００１３】
本発明のスプリットスリーブリテーナクリップは、円筒形部分の両端に傾斜部分（斜端部）を含む。リテーナがビットホルダキャビティボアに挿入されると、この斜端部が押圧され、保護用防摩スリーブと接触する。斜端部のテーパ角度は、保護用防摩スリーブがビットホルダに挿入される前の、非圧縮位置におけるリテーナスリーブの初期テーパ角度よりも小さくなる。
【００１４】
リテーナの斜端部は、非圧縮、非付勢の状態では、図５に示すリテーナスリーブの中心軸に対し約２５度の初期角度に傾斜しているが、切削ビットがビットホルダのキャビティボアに挿入されると、約１２乃至１８度の角度に圧縮される。
【００１５】
斜端部は補助的な復原力成分をリテーナリングに与える、重ね板ばねとして機能する。斜端部の屈撓はリテーナスプリットスリーブ材料の弾性範囲限度内で発生する。
【００１６】
本発明のもう一つの目的は、ビットホルダの頂部にある露出した採鉱面に隣接し、万一切削工具に異常な負荷やトルクが加わった場合には優先的なフェイルポイントとして機能する、薄肉化されたアンダカットを有する保護用防摩スリーブを設計することにある。
【００１７】
本発明は、保護用防摩スリーブをビットホルダに固定するための安価な方法を開示する。この方法では、保護用防摩スリーブとビットホルダとの間で相対移動がほとんど発生しないため、ビットホルダと保護用防摩スリーブの両方の作業可能な耐用年数を大幅に改善できる。本発明は、採鉱、ロードプレーニング、土砂移動用機械において有用である。
【００１８】
本発明のこの他の目的、特徴及び利点は以下の詳細な説明より明らかにされる。但し、詳細な説明及び特定の例は本発明の好適な実施形態を示しているが、これらはあくまでも例示的なものであり、当業者であればこの詳細な説明から多種多様な変更や変形が想到され得ることを理解されたい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の切削工具アセンブリを示している。この切削工具アセンブリは、回転ドラム又はチェーンに溶接された基台を有するビットホルダ１０を含む。通常、切削工具１４は、超硬合金タングステンで作られたチップと、採鉱や建設における切削等の作業中に切削工具の回転、振動、上下の振れにより発生する摩耗からビットホルダ１０を保護するための保護用防摩スリーブ１２とを有する。
【００２０】
図２には、ビットホルダを受容するキャビティ（空洞）に挿入された状態の防摩スリーブが示されている。ビットホルダブロックは、切削工具に隣接する前端に５．５乃至７．０度（角度ｗ）のテーパ状キャビティボアを有し、ビットホルダキャビティボアの後端に防摩スリーブの加工された円板形後端２２を受容するための円筒部を有する。この円筒部はフィッシュテーリングの発生を減少させる。防摩スリーブは、キャビティボア１６のテーパ状前端部に受容される相補的なテーパ状前端部２０を有する。
【００２１】
防摩スリーブは、ビットホルダから外方向に延出する外部３４を有する。防摩スリーブの外部３４は、防摩スリーブを取り外すために防摩スリーブを把持し、梃子の作用で動かすためのショルダ３２を含む。
【００２２】
保護用防摩スリーブのテーパ状前端と、保護用防摩スリーブの後端との間に、スプリットリテーナ２６を収容するための、直径に段差をもたせて小さくした環状溝部２４が形成されている。図２では、リテーナ２６が防摩スリーブの環状溝部２４の周囲に取り付けられた状態で示されている。図５に示す実施形態では、中央円筒部と、その各端部に２つの斜端部とを有するリテーナをより詳しく示している。図５からわかるように、斜端部は非圧縮状態ではリテーナ中心軸から角度ｂだけ傾斜している。角度ｂは２２乃至２８度であり、好適には２５度である。防摩スリーブがビットホルダに嵌合されると、リテーナの斜端部はビットホルダキャビティボアの側壁から半径方向内側に向けて押圧される。切削ビットがビットホルダのキャビティボアに挿入されると、斜端部は約１２乃至約１８度の角度（図２では、角度ｂ’）に圧縮される。従来の直線的な端部を有する円筒形スプリットスリーブリテーナと比較すると、この斜端部は、補助的な復原力成分を与える重ね板ばねとして機能する。斜端部の屈撓はリテーナ材料の弾性範囲限度内で発生する。
【００２３】
図２に従った実施形態のある特定の設計では、環状溝部の防摩スリーブシャンク（柄部）は直径が３．２００ｃｍ（１．２６０インチ）となっており、円板形後端２２の直径と、テーパ円錐台形部２０の最も小さい内径とは共に３．８２３ｃｍ（１．５０５インチ）となっている。環状溝部の両端部には丸みをもたせたフィレットとなっており、このフィレットは環状溝部の小さい直径３．２００ｃｍ（１．２６０インチ）と溝端部の大きい直径３．８２３ｃｍ（１．５０５インチ）との間に移行部を形成している。フィレットの曲率半径は約０．２０３ｃｍ（０．０８インチ）である。キャビティボアの後部１８の直径は約３．９３７ｃｍ（１．５５インチ）である。防摩スリーブの環状溝部２２の軸方向長さは２．６１６ｃｍ（１．０３０インチ）であり、シャンクのこの環状部を囲んでいる略円筒形のリテーナ２６の軸方向長さは２．４１３ｃｍ（０．９５インチ）である。図４に示されているリテーナの軸方向スロットの幅は１．４２２ｃｍ（０．５６インチ）である。リテーナはバネ鋼（１０５０ ＳＰＲＩＮＧ ＳＴＥＥＬ）で作られており、鋼板の厚みは１．４７３乃至１．５７５ｃｍ（０．５８乃至０．６２インチ）である。防摩スリーブアセンブリ（即ち、シャンク及びリテーナ）が支持ブロックに打ち込まれると、リテーナが圧縮され、斜端部２８が丸みをもたせたフィレットにおいて防摩スリーブに接触する。防摩スリーブが挿入されリテーナが押圧されると、斜端部は、ビットホルダに打ちこまれる前の初期角度である約２５度から約１５度に屈撓する。
【００２４】
防摩スリーブのテーパ部とビットホルダのテーパ部との間の摩擦力と、斜端を有するスプリットリテーナの保持力とを組み合わせることにより、防摩スリーブとビットホルダとの間の不都合な回転及びフレッチングが適切に防止される。防摩スリーブとビットホルダキャビティボアの双方の前部間のテーパ角度は、これら２つの接触表面がくさび状に押しこまれたり、固着されることのないように調整される。同様に、弾性リテーナも分解可能な設計となっている。本発明では、手動による梃子を利用した一動作により防摩スリーブを迅速に交換することが可能である。この簡単な一操作により、地下での採鉱中等にも防摩スリーブを現場で交換することができ、切削機械の休止時間を短縮することができる。
【００２５】
防摩スリーブのテーパ状前部２０とショルダ３２との間には、丸み（すみ肉）をつけたアンダカット部３０が形成されている。アンダカット部３０は、切削工具に異常に高い作業負荷が加わった場合には常に防摩スリーブ上の優先的なフェイルポイントとなる。防摩スリーブがアンダカットにおいて損傷することで、高価なビットホルダが故障（破損）したり、ドラムから抜け出ることが防止される。ブロックの交換は防摩スリーブの交換と比べて高価であるし、ブロックを例えばドラム上に再度溶接することは、交換された防摩スリーブを定位置へ打ち込むよりも時間がかかる。
【００２６】
保護用防摩スリーブの最前端には複数の切欠き３６が形成されており、適切な梃子工具を切削工具１４のショルダ（又は従来技術の切削工具アセンブリ設計に見受けられる防摩座金）と防摩スリーブ１２との間に容易に挿入できるようになっている。梃子工具は切欠きに容易に挿入されることができ、これにより手動で回転及び回動されて切削工具１４を保護用防摩スリーブ１２から取り外す。
【００２７】
防摩スリーブは、梃子工具をビットホルダの頂部面と防摩スリーブのショルダとの間に挿入することにより取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の側面図である。
【図２】ビットホルダ及び保護用防摩スリーブの断面図である。
【図３】図２の保護（防摩）スリーブをＡ−Ａに沿って見た図である。
【図４】リテーナの斜視図である。
【図５】リテーナの軸方向に沿って切断した断面図である。

Claims (18)

1. 採鉱、道路工事、土砂移動に使用される切削工具を取り付けるための器具であって、ビットホルダと、切削工具と前記ビットホルダとの間の摩耗を軽減するための防摩スリーブとを含み、前記防摩スリーブは、前記ビットホルダに受容されるようになっている外面を有し、前記防摩スリーブは、円板形後端、環状溝部、及びテーパ状前部とを含み、前記防摩スリーブが、ハンマを用いて軸方向に打ち込まれることにより、いったん前記ビットホルダ内に固定されると、前記防摩スリーブと前記ビットホルダとの間に相対回転運動又は軸方向移動が発生することがなく、前記防摩スリーブが前記ビットホルダ内に留まるようにしたことを特徴とする、切削工具取付け器具。
2. 前記テーパ状前部が前記防摩スリーブの中心軸から５．５乃至７．０度の角度に勾配を付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の器具。
3. 前記防摩スリーブの前記環状溝の周囲に配置されたリテーナを更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の器具。
4. 前記防摩スリーブの前記環状溝の周囲に取り付けられるリテーナを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の器具。
5. 前記ビットホルダが、前記防摩スリーブを協働して受容するテーパ状前部と円筒形後部とを有するキャビティボアを含むことを特徴とする、請求項２に記載の器具。
6. 前記キャビティボアの前記テーパ状前部が前記キャビティボアの中心軸から５．５乃至７．０度の角度に勾配を付けられていることを特徴とする、請求項５に記載の器具。
7. 前記防摩スリーブが、前記ビットホルダから延出するテーパ状前部に隣接する外部を有し、前記防摩スリーブの外部がショルダと、前記ショルダと前記防摩スリーブの前記テーパ状前部との間に形成された丸みを有するアンダカット部とを有し、前記防摩スリーブに大きな負荷やトルクが加わったとき、丸みを有するアンダカット部がこれを軽減し、最初に損傷するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の器具。
8. 前記リテーナが、その両端に斜端部を有する略円筒形のスプリットスリーブリテーナであり、前記ビットホルダに挿入されると前記斜端部が押圧され、前記斜端部が前記円筒形スプリットスリーブを前記防摩スリーブから離れるように外方向に付勢するのに助勢することを特徴とする、請求項４に記載の器具。
9. 前記リテーナの斜端部が初期状態では前記円筒形リテーナの中心軸に対し２５度に傾斜していることを特徴とする、請求項８に記載の器具。
10. 雌部材と、
    雄部材と、を含み、
    前記雄部材が、前記雌部材に受容されるようになっている外面を有し、前記雄部材が、円板形後端、環状溝部、及びテーパ状前部を含み、前記雄部材がいったん前記雌部材内に配置されると、前記雄部材と前記雌部材との間で相対回転又は軸方向移動が発生することがなく、前記雄部材が前記雌部材の中に留まるようにしたことを特徴とする、結合継手。
11. 雄部材の前記環状溝の周囲に配置されたリテーナを更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の結合継手。
12. 前記雄部材の前記環状溝の周囲に取り付けられるリテーナを更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の結合継手。
13. 前記雌部材が、協働して前記雄部材を受容するためのテーパ状前部と円筒形後部とを有するキャビティボアを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の結合継手。
14. キャビティボアの前記テーパ状前部がキャビティボアの中心軸から８乃至１１度の角度に勾配を付けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の結合継手。
15. 前記雄部材が、前記雌部材から延出するテーパ状前部と隣接する外部を有し、前記雄部材の外部がショルダと、前記ショルダと前記雄部材の前記テーパ状前部との間に形成された丸みを有するアンダカット部とを有し、これにより、前記雄部材に大きな負荷やトルクが加わったとき、丸みを有するアンダカット部がこれを軽減し、最初に損傷するようにしたことを特徴とする、請求項１０に記載の結合継手。
16. 前記リテーナが、その両端に斜端部を有する略円筒形のスプリットスリーブリテーナであり、前記雌部材に挿入されると、前記斜端部が押圧され、前記斜端部が前記円筒形スプリットスリーブを前記雄部材から離れるように外方向に付勢するのに助勢することを特徴とする、請求項１１に記載の結合継手。
17. 前記リテーナの斜端部が初期状態では前記円筒形リテーナの中心軸に対し２５度に傾斜していることを特徴とする、請求項１６に記載の結合継手。
18. ビットホルダと、切削工具と前記ビットホルダとの間の摩耗を軽減するための防摩スリーブとを含み、前記防摩スリーブは、前記ビットホルダに受容されるようになっている外面を有し、前記防摩スリーブは、円板形後端、環状溝部、及びテーパ状前部とを含み、前記防摩スリーブが、ハンマを用いて軸方向に打ち込まれることにより、いったん前記ビットホルダ内に固定されると、前記防摩スリーブと前記ビットホルダとの間に相対回転運動又は軸方向移動が発生することがなく、前記防摩スリーブが前記ビットホルダ内に留まるようにしたことを特徴とする、切削工具アセンブリ。

Images