JP4190271B2 - 掘削用切刃 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてリッパポイントなどに使用される掘削用切刃に関するもので、詳しくは岩盤が軟岩層のようなリッピング時に切刃を貫入しても亀裂が発生し難い地盤を掘削するのに優れて、寿命が長められる機能を備えた掘削用切刃に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブルドーザなど土砂の掘削を行う建設機械において、例えばリッパ装置の先端部にはリッパポイントとして掘削用の切刃が着脱可能に装着されている。このような切刃は、地面や岩盤などに貫入させて掘削・破砕などの作業に用いられるので、土砂や岩石との摩擦が激しくて、摩耗による損耗でしばしば交換が必要となり、消耗用品として取り扱われている。そのために、交換頻度が高くなると、作業能率を低下させると同時に、部品代が嵩むことから、耐久性能の高いものを開発する試みがなされている。
【０００３】
このような掘削用切刃としての先行技術については、低合金鋼を焼き入れ焼戻しした切刃の刃先部の刃先から中間部に両側を残して幅方向の中間部分で硬化肉盛などによる耐摩耗層を配置した切刃が知られている（特許文献１）。また、切刃の上面中央部分にその掘削刃先から後方に延びるような硬質粒子を分散させて肉盛した耐摩耗層を設けるようにした掘削用切刃が知られている（特許文献２）。さらに、本出願人の先願になる特願２００２−２５５００２号に開示されたものもある。
【０００４】
前記特許文献１および特許文献２あるいは先願による技術では、掘削用切刃の摩耗寿命の向上と優れた作業性能（貫入性）の維持を目的として、切刃が摩耗するとともに尖鋭化させるように硬質耐摩耗層を配置している。それら先行技術において共通していることは、図６（ａ）に模式図で表わされるように、掘削用切刃５０の中央部の摩耗を抑制し、刃５２の手前側から見て尖った形状に摩耗形状を制御することにある。そのために、前（上）面５１の中央部に硬質耐摩耗層５３を配置している。すなわち、前（上）面５１の中央部を残して、その周りを優先的に摩耗させることで、接地面積の増加を抑制して貫入性を維持しようとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特表平６−５０１０７６号公報
【特許文献２】
特開平８−５３８６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、掘削作業現場が軟岩層である場合、前述の先行技術による切刃では問題点がある。軟岩とは、一般に一軸圧縮強度が２０ＭＰａ程度以下で、▲１▼堆積土が密度化・続成作用により硬岩になる過程にある堆積軟岩、▲２▼乾湿繰返しによるスレーキングや断層・褶曲作用により弱化した堆積軟岩、▲３▼断層・褶曲作用や風化・熱水作用等により土になる過程にある風化硬岩や熱変成した硬岩（地盤工学ハンドブックによる）である。このような軟岩地盤をリッピングするのに、硬岩の地盤をリッピングするのに採用されて機能性（貫入性）を高める前述の先行技術による切刃（リッパポイント）では、実用上機能性が劣る。
【０００７】
すなわち、岩盤が硬い場合は、一旦切刃が貫入すると亀裂がある程度広がるので、以後は牽引により比較的容易にこの亀裂を拡大しながらリッピング作業が進行し、岩を破砕することができる。このために、接地面積の増大を抑制して貫入性を維持することさえできれば作業効率が保たれる。しかしながら、軟岩層のように岩盤が弱くて切刃が貫入しても亀裂が広がらないところでは、前記技術の切刃は不向きであると考察できる。
【０００８】
また、一般的にリッピング作業で使用される掘削用切刃５０は、図６（ｂ）に模式図で示されるように、横から見て概略楔型になっているので、摩耗が進行するにつれてその厚みが著しく増大してしまう。このことに対して前記先行技術による切刃では、幅を小さくすることで接地面積の増大を抑制しているが、接地面の幅が狭いと１回のリッピング作業で切刃接地面が掻く面積が小さくなって破砕効率が悪くなる。したがって、作業性が著しく低下するという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するために、従来の切刃と着目点を変えて岩盤の亀裂の広がりが期待できない状況に対して有効な掘削性能を備えるように構成された、掘削用切刃を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による掘削用切刃は、
上面と底面および対向する側面と、先端部に形成される刃先と、基端部側に作業機に取付け得る嵌合部とを有する掘削用切刃であって、硬質耐摩耗層が、底面の先端部領域および幅方向の両側端部に沿った領域にのみ形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、硬質耐摩耗層が切刃の底面にのみ配置されることにより、掘削作業によって切刃の上面が先に摩耗して幅方向には底面に配された硬質耐摩耗層が維持されるので、切刃を鍬のように幅広く薄い状態で掘削に使用することができて、軟岩地盤でのリッピング作業の破砕効率を高めることができる。また、底面に配置される硬質耐摩耗層は母材である前面側から次第に摩耗することになるので、使用によって剥離することがなく、摩耗寿命を延長させ得る効果を奏する。なお、本発明において、上面は使用時における前面となる部分に、また底面は使用時における後面となる部分に、それぞれ対応する。
【００１３】
また、本発明によれば、硬質耐摩耗層が、前記底面の幅方向の両側端部に沿った領域に形成されているので、刃先が摩耗しても両側端部に硬質耐摩耗層が存在することになり、幅広形状の切刃を維持することができ、１回のリッピング作業で切刃接地面が掻く面積が広くなり、より多くのストレスを岩盤に与えることができるので、破砕効率が最大限に維持できるという効果を得ることができる。
【００１４】
また、硬質耐摩耗層が、底面の先端部領域に形成されているので、刃先部の摩耗をより遅らせることができ、摩耗寿命をより一層延長させ得る効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による掘削用切刃の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１には、第１実施形態のリッパポイントを示す側面図（ａ）と平面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。
【００１７】
本実施形態の掘削用切刃は、ブルドーザに付設されるリッパ装置のリッパポイントに用いられるものについて説明する。
【００１８】
このリッパポイント１は、図１（ａ）〜（ｃ）によって示されるように、その上面２と底面３と、その両側に対向する側面４と、上面２と底面３が交わって形成される刃先５と、その刃先５と反対側の基端部にブルドーザの作業機部材であるシャンク（図示せず）への嵌合部６を形成される構造である。その刃先５から、底面３の先端部３ａの所要領域全幅と、その底面３の先端部３ａから両側に所要寸法幅で基端部方向に所要範囲とで、それぞれ硬質耐摩耗層７が配置されてなるものである。図中符号８は取付ピン孔である。
【００１９】
前記硬質耐摩耗層７は、例えばアーク電極による溶接材の溶融池に粒径０．５〜４ｍｍ程度の硬質粒子を供給して肉盛りされる。この場合の硬質耐摩耗層７の厚さは６ｍｍ程度となるように肉盛りされている。前記硬質耐摩耗層を形成するのに用いられる硬質粒子としては炭化物を主成分とするものが好ましい。その炭化物としては、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ（IVＢ族）ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ（ＶＢ族）Ｍｏ２Ｃ，Ｗ２Ｃ，ＷＣ（VIＢ族）などが挙げられる。
【００２０】
また、前記底面３に配置される硬質耐摩耗層７の両側領域は、リッパポイント１として通常使用される場合の接地面Ａに対する軸線ａの傾斜角θがほぼ４５°で使用されているので、この状態での初期状態における被削面に対する摩耗限界長Ｌａに相当する位置までとなるように設定される。前記摩耗限界長Ｌａは、図１に示される形状のリッパポイント１において、その全長Ｌにおける刃先からほぼ１／２Ｌ程度である。ただし、前記摩耗限界長については、前記数値に特定されるものではない。
【００２１】
前記摩耗限界長Ｌａを設定するにあたっては、リッピング作業に際して、摩耗によって上面２（使用時の前面）が後退した際に嵌合部６が露出することになり、これより長い範囲に硬質耐摩耗層７を配置しても無駄になる限界を規定している。
【００２２】
また、底面３（使用時の後面）における両側に沿って配置される硬質耐摩耗層７，７の幅寸法ｗについては、実務的にみて刃幅寸法Ｗの１／４〜１／３程度であるのが好ましい。そして、その配置長さについては、前述のように、刃先から摩耗限界長Ｌａとして設定される位置までの長さ、ほぼＬ／２とされている。
【００２３】
このように底面３の先端部３ａと両側端部に沿ってそれぞれ帯状に硬質耐摩耗層７を配することで、掘削作業時において前記硬質耐摩耗層７が配される底面３以外の部分（上面２）は早く摩耗され、次第に底面３側の硬質耐摩耗層７部分を残して薄い形状になる。言換えると、前記上面２が削ぎ落とされた状態に、摩耗形状の制御がなされるのである。したがって、切刃（リッパポイント１）の刃先５部はその刃幅Ｗのままで薄くなり、ちょうど鍬のように形成されることになって、貫入性を維持しつつ軟岩地盤に対してストレスを与え、破砕効率を高めることができる。
【００２４】
やがて摩耗が進行して先端部３ａが摩滅しても、両側端部に帯状に硬質耐摩耗層７，７が配置されているので、図２に鎖線ｂ〜ｅによって摩耗状態の変化を付記されるように、前面（上面２）側が優先的に摩耗されても、刃幅全体が後面（底面３）側に配置されている硬質耐摩耗層７，７によって維持されるので、前面が薄くなって鍬状に保たれ、次第に摩滅するも後面が遅れて摩耗されることになる。したがって、摩耗限界長位置まで破砕効率が維持されるのである。
【００２５】
このように構成された本実施形態の切刃の有効性を確認するために、本実施形態のリッパポイントと従来品の他に二種類の形態のリッパポイントを用いて実車テストを行った結果が、図３（ａ）（ｂ）にグラフで示される通りである。このテストで使用した他の形態のリッパポイント（テスト品１およびテスト品２）は、その外形寸法、母材など本実施形態の切刃と同じものである。テスト品１としては、図４（ａ）に示されるように、リッパポイント１ａの上面２ａには刃先部５ａとそれに連なるセンター部分に、また下面３ａ'の刃先部５ａとそれに連なるセンター部分に、それぞれ硬質耐摩耗層７'を配置したものとされ、テスト品２としては、図４（ｂ）に示されるように、リッパポイント１ｂの上面２ｂの刃先部５ｂから基端部側へ所要領域で刃幅全体に硬質耐摩耗層７"を配置したものを、それぞれ使用した。このテストにあたっては、一般的なリッピング作業として行われている。なお、一回のリッピング作業距離は約３０ｍである。
【００２６】
この比較テストにおいて、従来品は摩耗速度が速く短時間で使用不能の状態となるのに対し、テスト品１は、摩耗寿命は非常によいが、作業性（掘削性）が悪く途中で使用に耐えなくなりテストを中断した。また、テスト品２は、途中で硬質耐摩耗層に剥離が発生したため従来品との摩耗寿命に大差はなかった。しかも、摩耗が進行するにつれて、貫入性には問題がないものの、掘削性が悪かった。本実施形態のリッパポイント１は、この比較テストからみて耐久性において、従来品に較べて摩耗速度が低下して、硬質耐摩耗層の剥離は発生せず、従来品に較べて約２倍の耐久性（耐摩耗性）が認められ、摩耗が進行しても先端部は薄くかつ幅広に維持され、掘削性も良好で、平均作業効率もそれに比例して向上し、著しく良好であることが判る。
【００２７】
また、本実施形態のリッパポイント１は、図３（ｂ）に表される平均作業効率のグラフから見て、従来品ならびにテスト品１，２と較べても掘削性を確保しての有効作業時間が格段に良好であることがわかる。要するに比較テストに用いられた本実施形態のリッパポイントに対して、従来品ならびにテスト品１，２がおしなべて短時間で効率1を割ってしまうのに、本実施形態のリッパポイントではそれらの２倍以上の作業時間で有効に持続するという優れた機能を所有することがわかる。なお、この平均作業効率（回／分）は、各作業時間区間の平均リッピング作業回数を表わし、１回あたりのリッピング作業距離は約３０ｍである。
【００２８】
なお、上述の実施形態では切刃の幅方向で中央部に長いリブを形成されたものについて記載しているが、下面３に設けられたセンタリブがない状態のものに適用することも可能であり、必要に応じて作業性が良くなる範囲（掘削性が良好である限界長さまで）内であれば前面に硬質耐摩耗層を配置してもよい。
【００２９】
上述したように、本発明の掘削用切刃によれば、リッパポイントとして有効であり、このようなリッパポイントのみならず、例えば図５に例示されるようなリッパバケット２０の切刃２１として使用することができる。あるいは、必要に応じて掘削バケットのツースに活用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態のリッパポイントを示す側面図（ａ）と平面図（ｂ）および底面図（ｃ）である。
【図２】図２は、本実施形態のリッパポイントの使用状況の説明図（ａ）および摩耗状態を説明する平面図（ｂ）である。
【図３】図３は、従来品およびテスト品と本実施形態との比較テスト結果の耐摩耗性を表わすグラフ（ａ）と平均作業効率を表すグラフ（ｂ）である。
【図４】図４（ａ）（ｂ）は、比較テストに用いたテスト品を示す図である。
【図５】図５は、リッパバケットとその切刃を示す図である。
【図６】図６は、従来のリッパポイントの平面を表す模式図（ａ）と摩耗進行に対して厚みが増大する態様を表す模式図（ｂ）である。
【符号の説明】
１ リッパポイント
２ 上面
３ 底面
３ａ 底面の先端部
５ 刃先
６ 嵌合部
７ 硬質耐摩耗層
ａ 軸線
Ａ 接地面

Claims (1)

1. 上面と底面および対向する側面と、先端部に形成される刃先と、基端部側に作業機に取付け得る嵌合部とを有する掘削用切刃であって、硬質耐摩耗層が、底面の先端部領域および幅方向の両側端部に沿った領域にのみ形成されていることを特徴とする掘削用切刃。

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