JP3971419B2 - 掘削刃 - Google Patents
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Description
スタッド溶接によって溶着可能なように底面が円錐状になっている刃元部と該刃元部から連続した円柱状になっている刃先部とを備えた柱状体の前記底面が前記スタッド溶接によって前記先端部分の端面と内面と外面とにそれぞれ前記先端部分の円周方向に均一状に直接溶着されて形成された多数の刃であって、前記先端部分の上に余盛り部が形成されていて該余盛り部を含み前記底面の全面が前記先端部分の材料と前記刃元部の材料とから成る一体溶解部になっている多数の刃を有する、ことを特徴とする。
本例の掘削刃は、掘削のために地中に入れられて回転される管1の先端部分2に形成されていて、多数の刃3を有する。この多数の刃3は、刃先部41と刃元部42とを備えた多数の柱状体としての柱状の刃材4がスタッド溶接によって先端部分2にその円周方向に均一状に直接溶着されることによって形成されている。このような先端部分2は、刃材4がスタッド溶接によって取り付けられる母材になるので、以下では「母材2」ということがある。
この治具には、同図(a)〜(c)に示す端面用の治具5と(d)及び(e)に示す内外面用の治具6とがある。端面用の治具5は、図示しないネジ等で相互間が一体に結合されている円筒51、割れリング52、結合用半円筒53、磁石ケース54、磁石55等で構成されている。円筒51には溶接ガンの先端部分の溶接ホルダ101及びスタッドホルダ102が出し入れされる。
図3(a)及び(b)では、管1の先端部分2が管1とは別の環状体であるリング7になっていて、リング7が管1に取り付けられて先端部分2を形成している。リング7の幅B1 は、刃材4の溶接時の作業性等を考慮して例えば100mm程度の寸法にされる。このリング7は、後述するスタッド溶接の例では、刃材4がスタッド溶接によって溶着される前に、最初に管1に図示のような溶接等によって取り付けられる。この掘削刃では、リング7が管1の外面1cに取り付けられていて、同図(a)に二点鎖線で示す如く、管1の内面1bの刃31〜33に近い位置に追加の刃34が同様にスタッド溶接によって形成された構造であってもよい。追加の刃34も同様に多数個設けられるが、内面2bの刃32と同程度のピッチで形成されればよい。
刃材4は棒状の材料から機械加工によって容易に製造される。この場合、材料を前記の高速度工具鋼鋼材や熱間金型用鋼材にすれば、従来の材料である超硬合金よりも大幅に材料費が安価になる。他の工具鋼や炭素鋼にすれば更に材料費が低減する。
この例では、管1の製造工程で使用される定盤200の一対のローラ201に先端部分2を含む管1を横向きに矢印のように円周方向に回転可能なように乗せ、管1の端面2a、7a、8a及び内面2b、7b、8bに対しては、円周の下端位置SL を溶接位置とし、外面2c、7c、8cに対しては、上端位置SH を溶接位置にする。この溶接では、内外面に対しては下向き溶接になり、端面に対しては横向き溶接になる。
前記の溶接機を作動させた以後の動作は、1秒以下のごく短時間の間に溶接機によって自動的に行われる。即ち、図5(a)に示すように、刃材4の刃元部42の下端42aが例えば端面2aと小距離sだけ離され、数百アンペアの大きな溶接電流が1秒以下の短時間だけ流され、アークAが発生し、その瞬時の大発熱量により、同図(b)のように刃材4及び母材2の表面の一部分が溶解した溶解部42w及び2wが生成し、溶解部42wを持つ刃材4が矢印のように下向きに動かされて溶解部2wに押し付けられ、(c)及び(d)の如く一体溶解部Wを形成すると共に溶解部の余ったボリュームが一体溶解部Wのうちの余盛り部wを形成し、直ちにその部分が放熱してその状態で固体化して定形を維持できる状態になり、溶接治具6から溶接ガンを取り外すことによって溶接作業が完了する。これにより、刃3のうち刃位置Q1 の刃になる刃31の1本目が形成される。従って、ごく短時間に簡単な操作で1本の刃を取り付けることができる。上記において、図1で例示したd=12mm、h1 =8mm、h2 =6mm、θ=90°の刃材4を用いて実際にスタッド溶接した結果によれば、(d)に示す刃4の高さhは約7mmになった。
この試験によれば、SKH51では、同図(a)に示す如く、JIS規格で規定の温度で焼入焼戻しの熱処理をした後の硬度として定められているHRC63以上という規格値に対して、焼入れ温度によって異なるが焼戻し温度が560℃〜620℃の範囲で上記規格値を超えている。本発明を適用したスタッド溶接の刃材の材料としては、このようにある程度高い温度で焼き戻したときに焼入れ時よりも硬度が高くなる材料が特に好ましい材料である。
この磨耗試験は、掘削刃が実際に使用されたときの主たる磨耗作用をする砂に対する掘削刃の耐磨耗性を確認するための試験であり、JIS規格のスガ磨耗試験法により、磨耗を加速させるセラミック材として炭化珪素を研磨材にした耐水研磨紙CC♯320をループ状にして、上記材料のテストピースに20Nの荷重をかけて擦らせて往復動させ、その回数に対する磨耗量であるテストピースの減量を測定する試験である。
1b 内面(管の内面)
1c 外面(管の外面)
2 先端部分
3 刃
34 追加の刃
4 刃材(柱状体)
7 リング(環状体、先端部分)
8 凹凸状リング(環状体、先端部分)
8a 端面(凸部の端面)
41 刃先部
42 刃元部
Claims (4)
- 掘削のために地中に入れられて回転される管の先端部分に形成される掘削刃において、
スタッド溶接によって溶着可能なように底面が円錐状になっている刃元部と該刃元部から連続した円柱状になっている刃先部とを備えた柱状体の前記底面が前記スタッド溶接によって前記先端部分の端面と内面と外面とにそれぞれ前記先端部分の円周方向に均一状に直接溶着されて形成された多数の刃であって、前記先端部分の上に余盛り部が形成されていて該余盛り部を含み前記底面の全面が前記先端部分の材料と前記刃元部の材料とから成る一体溶解部になっている多数の刃を有する、ことを特徴とする掘削刃。 - 前記先端部分は前記管とは別の環状体になっていて前記管の外面に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の掘削刃。
- 前記先端部分は鋸刃状に凹凸形状にされていて、少なくとも前記凹凸形状のうちの凸部の端面に前記刃が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の掘削刃。
- 前記環状体は前記管の外面に取り付けられていて、前記管の内面の前記刃に近い位置に追加の刃が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の掘削刃。
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