JP4439238B2

JP4439238B2 - 掘削用切刃

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Publication number: JP4439238B2
Application number: JP2003368934A
Authority: JP
Inventors: 昌春天野; 貴則永田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2004218417A

Description

本発明は、例えば油圧ショベルにおけるバケットツースなど掘削性能を維持できて耐久性が要求される掘削用切刃に関するものである。

従来、油圧ショベルのバケットなどに取付けて使用されるツースは、掘削作業によって土砂との摩耗が激しくて刃先が摩滅して丸い形状になるので貫入性も損なわれ、作業性（掘削性能）が低下するので、その耐久性を高めるとともに、地盤に対する貫入性を向上させるようにするため種々の技術が開発されている。

この貫入性を高めるとともに摩耗寿命を長めるようにする先行技術としては、特許文献１によって知られるように掘削用切刃の刃先から中間部にわたって形成される中央突条部の表面に硬質肉盛などによる耐摩耗層を配置すること、あるいは刃先部の全幅と中央部の中間部分までとに耐摩耗層を設けるものがある。また、特許文献２によって知られるものでは、掘削用切刃の刃先部から中間部にわたり両側を残して表裏両面の幅方向の中間部分で硬質肉盛などによる耐摩耗層が配置されている。さらに、特許文献３には刃先から中間部までの中央部に形成される突条部分に耐摩耗層を配置したものが開示されている。

特開平８−５３８６０号公報特表平６−５０１０７６号公報米国特許第５５０２９０５号明細書

掘削作業において、掘削用切刃（以下、単に「切刃」という。）に作用する掘削抵抗は、刃先端近傍の刃幅と肉厚（刃先の丸みと考えても同意）に比例する。すなわち、刃幅が大きいほど、また肉厚が大きいほど掘削抵抗は大きくなり、掘削性能は低下する。前記特許文献１，２および３によって知られる切刃は、いずれにおいても、切刃の刃先から軸線に沿って幅方向の中央部に耐摩耗層を配置し、使用によって切刃の両サイドを優先的に摩耗させ、刃幅を小さくして掘削抵抗を小さくし、掘削性を維持させようとするものである。

しかしながら、油圧ショベルによる掘削作業を考えた場合、主要な作業は岩石の掘り起こしと掬い上げであるから、切刃の先端近傍は、ある程度の刃幅を有し、かつ、刃先の肉厚が薄い形状、すなわち鍬のような形状が最も適している。前記特許文献１，２および３によって知られる切刃は、先端がチゼル状に尖るので、ブルドーザによるリッピング作業のように岩に高面圧を付加して岩盤を割りながらほぐしていく作業には適するが、切刃が円弧の軌跡を描いて移動し、掘り起こしや掬い上げを主な作業とするバケット掘削には不適である。

また、前記特許文献１〜３に開示された公知の技術においては、刃先幅が小さく尖ることによって、切刃の先端部に作用する圧力が著しく大きくなるので、寿命の延長には限界がある。したがって、従前のものに較べて寿命の延長を期待することができるとしても大幅な寿命の延長は望めないという問題点がある。

また、前記特許文献１における刃先部で上面の刃幅全体に耐摩耗層を配置する形態では、両サイドの摩耗が抑制され、刃幅を維持しながら摩耗させることができるが、使用とともに上面の耐摩耗層を残す形態で裏面（底面）側の摩耗が進み、耐摩耗層に欠損が生じて耐摩耗層本来の耐摩耗性が維持できなくなる。そのために刃先部の摩滅が激しくなり、使用初期は有効であるが全般を通じて見れば大きく寿命を延長させるに到らないという問題がある。

そこで、バケット掘削に用いられる切刃について三つのパターンのもので検証した。これらについて検討してみるに、まず、全く耐摩耗層を施されていない切刃について説明する。図８には硬質耐摩耗層が配置されない従来の掘削用切刃の一事例平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。この切刃１ａは、上面２ａと下面３ａとその両側に対向する側面４ａと、上面２ａと下面３ａが会合して形成される刃先５ａと、この刃先５ａと反対側の基部に取付部片に対しての嵌合部６ａが形成された構造である。材種は炭素含有量が０．２５〜０．３０ｗｔ％のクロムモリブデン鋼で形成され、焼入れ焼戻しにより硬度ＨＲＣ５０にされている。このような切刃１ａは、使用によって、図９に硬質耐摩耗層を配さない掘削用切刃の摩滅状態を模式図で表わす平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）で示されるように、切刃１ａの先端形状ａが摩耗（実線で摩耗状態を表わす）の進行とともに、切刃１ａの肉厚に応じた丸い形状となり、掘削性能が著しく低下する。

次に、上面全面に硬質耐摩耗層を配置した切刃の場合、刃先端近傍の肉厚を摩耗によって薄くしながら刃幅を維持する手法として、切刃の上面の使用限界位置まで、幅方向の全幅にわたって硬質耐摩耗層を配置することが考えられる。図１０に、この事例の硬質耐摩耗層を上面全面に配置した掘削用切刃の平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。この切刃１ｂ自身は前述の図８に示されるものと同一であり、上面２ａに硬質耐摩耗層７ｂ（鋼溶接材の溶融池にタングステンカーバイドなどを主体とする硬質粒子を分散供給して形成される）が溶接肉盛されている。なお、図中符号については、前記事例のものと同一の部分については同一の符号を付している。

このように構成された切刃１ｂを使用して摩耗した状態が、図１１（硬質耐摩耗層を上面全幅に配置した掘削用切刃の摩滅状態を模式図で表わす平面図（ａ）と側面図（ｂ）と先端部の摩耗過程を表わす側面図（ｂ'）および底面図（ｃ））に示されている。この構成による切刃１ｂでは、上面２ａの全幅にわたって硬質肉盛部（硬質耐摩耗層７ｂ）が配置されているため、刃幅が狭くなることはなく、硬質耐摩耗層７ｂが前方に張出した状態で摩耗（実線で摩耗状態を表わす）が進行する。したがって、掘削性能を維持するための摩耗形状は良好である。しかし、硬質耐摩耗層７ｂを支える鋼部分（底面３ａ側）が先に摩滅しているため、その硬質耐摩耗層７ｂは頻繁に欠損を生じる。その結果、図１１（ｂ'）に示されるような刃先形状になる。その後に硬質耐摩耗層７ｂを支持する鋼部分が摩耗と硬質耐摩耗層７ｂの欠損を繰返しながら摩滅が進行していく。この現象はバケット掘削のように切刃が円弧の軌跡を描いて移動する掘削作業、すなわち刃先（５ａ）にほぼ全方向から衝撃力が作用する作業で顕著に見られる。そのため硬質耐摩耗層７ｂを広い面積にわたって配置しているにもかかわらず２０％程度の寿命向上効果しか得られない。

さらに、切刃の刃先端近傍の肉厚を摩耗によって薄くしながら刃幅も維持するもう一つの手法として、切刃の下面の使用限界位置まで、幅方向の全幅にわたって硬質耐摩耗層を配置することが考えられる。図１２に、この事例の硬質耐摩耗層を下面全面に配置した掘削用切刃の平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。この切刃１ｃ自身は前述の図８に示されるものと同一であり、下面３ａに前記と同様の硬質耐摩耗層８ｃが溶接肉盛されている。なお、図中符号については、前記事例のものと同一の部分については同一の符号を付している。

このように構成された切刃１ｃを使用して摩耗した状態が、図１３（硬質耐摩耗層を下面全幅に配置した掘削用切刃の摩滅状態を模式図で表わす平面図（ａ）と側面図（ｂ）と先端部の摩耗過程を表わす側面図（ｂ'）および底面図（ｃ））に示されている。この構成による切刃１ｃでは、下面３ａの全幅にわたって硬質肉盛部（硬質耐摩耗層８ｃ）が配置されているため、刃幅が狭くなることはなく、硬質耐摩耗層８ｃが前方に張出した状態で摩耗（実線で摩耗状態を表わす）が進行する。したがって、掘削性能を維持するための摩耗形状は良好である。しかし、硬質耐摩耗層８ｃを支える鋼部分（上面２ａ側）が先に摩滅しているため、その硬質耐摩耗層８ｃは頻繁に欠損を生じる。その結果、図１３（ｂ'）に示されるような刃先形状になる。その後に硬質耐摩耗層８ｃを支持する鋼部分の摩耗と硬質耐摩耗層８ｃの欠損を繰返しながら摩滅が進行していく。この現象はバケット掘削のように切刃が円弧の軌跡を描いて移動する掘削作業、すなわち刃先（５ａ）にほぼ全方向から衝撃力が作用する作業で顕著に見られる。そのため硬質耐摩耗層８ｃを広い面積にわたって配置しているにもかかわらず２０％程度の寿命向上効果しか得られない。

このように前記各パターンによる切刃１ａ，１ｂ，１ｃにおいては、切刃１ａはもちろんのこと、他の切刃１ｂ、１ｃのいずれの手法による耐摩耗手段を講じても、期待されるほどの寿命の向上を図ることができないことが判った。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、刃先部の形状が掘削を良好にする条件を維持できるように耐摩耗層を配分して設けることにより、掘削機能を維持してより一層の寿命の延長を期待することのできる掘削用切刃を提供することを目的とするものである。

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、
一方の面と他方の面との会合部分に掘削刃先を形成する掘削用切刃であって、
前記一方の面には、刃先から先端部における幅方向のほぼ全幅に硬質耐摩耗層が形成されるとともに、両側部を除く中央部に軸線方向に硬質耐摩耗層が形成され、
前記他方の面には、中央部を除く両側部に軸線方向に硬質耐摩耗層が形成されることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記掘削用切刃の肉厚が１５ｍｍ以上の範囲に前記硬質耐摩耗層が配置されているのが好ましい（第２発明）。

また、前記一方の面に配される硬質耐摩耗層と前記他方の面に配される硬質耐摩耗層とは、前記一方の面の両側部を除く中央部に軸線方向に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の端部と、前記他方の面に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の中心軸側の端部とが平面的に見て同位置に設けられるのが好ましい（第３発明）。

また、前記一方の面に配される硬質耐摩耗層と前記他方の面に配される硬質耐摩耗層とは、前記一方の面の両側部を除く中央部に軸線方向に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の端部と、前記他方の面に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の中心軸側の端部とが平面的に見て重なり合わないように設けられるのが良い（第４発明）。

また、前記掘削用切刃の任意の横断面における前記一方並びに他方の両面に設けられる硬質耐摩耗層の幅の和は、その切刃の幅の５０％より大きくされているのが好ましい（第５発明）。

本発明によれば、使用によって一方の面側では幅方向の中央部に配される硬質耐摩耗層の両側の部分が、また他方の面側では幅方向の両側部分に配される硬質耐摩耗層以外の部分、すなわち他方の面側では中央部がそれぞれ優先的に摩耗する。この結果、掘削切刃先端近傍の肉厚は摩耗の進行により全刃幅にわたって薄い状態に維持され、他方の面の両側に配置される硬質耐摩耗層によって摩耗により刃幅が狭くなることもない。

したがって、本発明によれば、掘削作業状況によって、硬質耐摩耗層の配置条件（上下両面の向き）を選択することにより、最適な機能を発揮させることができる。例えば、幅方向の中央部に硬質耐摩耗層が配置される面を上面にして、硬質耐摩耗層が幅方向の両側部分に配置される面を下面になるようにして使用すれば、岩と高面圧で擦り合わされる下面先端近傍の摩耗量が多くなり、下面に配置された硬質肉盛層は、切刃の肉厚分程度の距離だけ軸線方向に後退した位置で摩耗することになり、刃先近傍では上下対象の形状にならず、上面よりも下面の方がやや後退した形状となる。すなわち、上面中央部に配置された硬質耐摩耗層の方が下面に配置された硬質耐摩耗層よりも前方に突き出した摩耗形状となり、岩への食い込みが良くなるので、特に岩石の掘り起こしに優れた効果を発揮できる。

また、例えば、前記硬質耐摩耗層が幅方向の両側部分に配置される面を上面にして、幅方向の中央部に硬質耐摩耗層が配置される面を下面になるようにして使用すれば、下面側では幅方向の中央部に配される硬質耐摩耗層の両側部分が、また上面側では幅方向の両側部分に配される硬質耐摩耗層以外の部分が、それぞれ優先的に摩耗する。この結果、切刃先端近傍の肉厚は、摩耗の進行により全刃幅にわたって薄い状態が維持され、上面両側の硬質耐摩耗層によって摩耗による刃幅が狭くなることもない。このような硬質耐摩耗層の配置とすれば、鍬のような摩耗形状となり、特に岩の掬い上げ作業に優れた効果を発揮できる。

一般的に、掘削用切刃の摩耗が問題となるのは岩掘削に用いられる掘削力が１０トンクラス以上の油圧ショベルである。この１０トンクラスの油圧ショベルの場合、掘削用切刃の肉厚が１５ｍｍ以上になると掘削性能が低下する。もちろん、掘削力が１０トンクラス以上の油圧ショベルにあっては掘削用切刃の寸法が掘削力に比例して相似形で大きくなっている。したがって、大型機種にあっては前記数値以上の範囲に硬質耐摩耗層を配置するのが好ましい。したがって、第２発明のように、掘削用切刃の肉厚が１５ｍｍ以上の範囲に硬質耐摩耗層を配置するのが好ましい。こうすることで、本発明の効果が有効に発揮されることになる。

また、切刃に設けられる硬質耐摩耗層の理想的な配置形態は、一方の面のほぼ中央部に配される硬質耐摩耗層の幅方向の両端部の位置と、他方の面のほぼ両端部に配される硬質耐摩耗層の幅方向の中心軸側の端部位置とが、平面的に見て同位置に設けられるのが最も好ましいが、若干の重なりであれば作用効果に影響を及ぼすものではなく、切刃の肉厚の１／２程度までの重なりは許容される。これは、使用時上面よりも下面の方が切刃の肉厚分程度軸線方向に後退した位置で摩耗が進行することに起因する結果である。しかし、前述の条件を超えて両面の硬質耐摩耗層の位置が重なり合うと、その重なり合う領域では両面での摩耗優先領域での摩耗が進行できず、刃先部の肉厚が大きくなってしまうので、掘削性能（貫入性）が損なわれる。要するに第３発明のように、硬質耐摩耗層の配置状態を適正に配することにより、摩耗によって刃幅全体にわたって薄肉に維持されて、ちょうど鍬の刃先状になるので貫入性が向上し、しかもその状態を長く維持できて掘削機能の低下を阻止することができる。

また、第４発明の構成を採用すれば、前述の形態よりも硬質耐摩耗層の幅が狭くなるために耐摩耗性は劣るが、硬質耐摩耗層以外の部分の優先摩耗が促進されるので、切刃の肉厚はより小さくなり易く、掘削性能に優れる硬質耐摩耗層の配置形態となる。

さらに、第５発明の構成を採用する理由は、硬質耐摩耗層の幅の総和が小さくなりすぎると次の二つの理由により耐摩耗性向上の効果が顕著でなくなるからである。その一つ目の理由は、硬質耐摩耗層の絶対量の不足により効果が十分得られないこと。もう一つの理由は、上下両面に配置した硬質耐摩耗層の位置が離れすぎていると、硬質耐摩耗層を支持している部分の摩耗が早く進行することにより強度的に耐えられなくなって、硬質耐摩耗層が欠けてしまうことになる。上下両面の硬質耐摩耗層の幅方向配分位置が接近していれば、上下面の摩耗抑制効果の相互作用により、硬質耐摩耗層を支持している部分の摩滅はほどよく軽減され、硬質耐摩耗層の欠損が防止できる。以上の理由から少なくとも切刃の全幅の５０％以上が必要である。

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。

図１に、本発明の第１の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。本実施形態の掘削用切刃は、油圧ショベル（掘削力が１０トンクラス）におけるバケットツースとして用いられるものである。

この実施形態の掘削用切刃１は、上面２と下面３とその両側に対向する側面４と、上面２と下面３が会合して形成される刃先５と、この刃先５と反対側の基部に取付部片に対しての嵌合部６が形成された構造である。上面２には、図１（ａ）にて示されるように、刃先５から先端部における幅方向のほぼ全幅で切刃の肉厚が１５ｍｍまでの範囲と、中央部で基端部側へ伸びる所要の区間で所要幅の帯状部分とに、硬質肉盛部７，７ａ（耐摩耗層）（本発明の硬質耐摩耗層に対応）が配置されている。

一方、下面３には、図１（ｃ）で示されるように、刃先５部分から基端側へ両側部に沿って適宜幅で切刃の使用限界部（掘削用切刃がバケット側に定着されている取付部片に装着されて使用するにあたり、嵌合部６の内端（先端部）が露出する状態となる直前箇所）までの区間に硬質肉盛部８，８が配置されている。

前記硬質肉盛部７，７ａ，８は、例えばアーク電極による溶接材の溶融池にタングステンカーバイドなどの粒子からなる硬質粒子を分散供給して肉盛りして形成される。また、この硬質肉盛部の厚さは５ｍｍ程度となるようにされる。前記硬質肉盛部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適である。この炭化物としては、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ（ＩＶＢ族），ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ（ＶＢ族），Ｍｏ２Ｃ，Ｗ２Ｃ，ＷＣ（ＶＩＢ族）が挙げられる。これらは鋼と比較して硬度が数倍高く（Ｈｖ１５００以上）、融点も高い（２５００℃以上）。硬質粒子を切刃に溶着するバインダーとしての金属材料は、コストが安価な鉄合金が好適である。前述の炭化物は鉄合金より融点が高いので溶けることがなく、また鉄合金と冶金的に強固に結合するので、これらの組合せが好適である。

前記上面２と下面３とに配置される硬質肉盛部、特に上面２における中央部に帯状に配置される硬質肉盛部７ａと下面３の両側に配置される硬質肉盛部８，８とは、その幅方向の寸法が端部で上下互いに同位置となるようにして肉盛されている。なお、図１（ａ）によって示されるように、上面２の嵌合部６上側には、使用限界位置近傍とそれより基端側に離れた位置とに、横方向に適宜幅で硬質肉盛部８'が配置されている。

このように構成される掘削用切刃１は、使用初期において刃先部はその肉厚（刃厚）が小さいため硬質肉盛部の配置に関係なく貫入性が維持され、硬質肉盛部７と硬質肉盛部８によって寿命も延長される。継続して使用されるうちに刃先５に繋がる先端硬質肉盛部７および硬質肉盛部８（一部）の摩滅によって、やがて図２（ａ）〜（ｄ）に摩滅状態の模式図で示されるように、次第に上面２の両側部分２'，２'と下面３の硬質肉盛部８，８以外の部分３'（鋼）が摩耗され、幅方向の断面が中高のへの字状（図２（ｄ）参照）になり、刃先が薄肉に形成され、刃幅も維持されながら摩滅する。

掘削用切刃１を側面から見た刃先の摩耗形状の特長は、岩と高面圧で擦り合わされる下面先端近傍の摩耗量が多くなり、下面に配置された硬質肉盛部８は、切刃の肉厚分程度の距離だけ軸線方向に後退した位置で摩耗するので、刃先近傍は上下対称の形状にはならず、上面よりも下面の方がやや後退した形状になる。すなわち、上面の中央部に配置された硬質肉盛部７ａの方が下面に配置された硬質肉盛部８よりも前方に張出した摩耗形状となり、岩への食い込みも良くなるという効果があり、特に岩石の掘り起こしに優れている。以後この状態を維持しながら順次摩滅する。

ところで、前述の図１０や図１２に示される事例、すなわち切刃の上面２ａにだけ、または下面３ａだけに硬質肉盛部を設けた事例では、硬質肉盛部を支える鋼部の優先的な摩滅により硬質肉盛部は支えをなくして容易に欠損してしまうので寿命向上の効果が少なかった。しかし、本実施形態の切刃１では、上面２と下面３にそれぞれ硬質肉盛部７ａ，８が配置されているため、それぞれの硬質肉盛部の摩耗抑制効果の相互作用により、図２（ｄ）に示されるように、硬質肉盛部を支える鋼部分が極端に摩滅してしまうことがないので、容易に欠損せず、寿命延長の効果が大きい。

したがって、上面２の中央部に配置される硬質肉盛部７ａの幅Ｗは全幅の５０％程度、下面３の両側に配置される硬質肉盛部８，８の幅Ｗ'は全幅のそれぞれ２５％程度で、前記上面２の中央部に配置される硬質肉盛部７ａの幅方向の両端位置と下面３の両側に配置される硬質肉盛部８，８の幅方向の中心軸側の端部位置が、平面的に見てほぼ同位置になるように設けられると、掘削性能の維持と寿命延長の効果を両立させるのに好適である。なお、本実施形態にては、従前の硬質肉盛部を配しない切刃（図８参照）に対して２倍以上の寿命延長をさせ得ることができる。

前記硬質肉盛部７ａと硬質肉盛部８の配置について、上面２の中央部に配される硬質肉盛部７ａの幅方向の両端位置と、下面３の両側部に配される硬質肉盛部８，８の幅方向の中心軸側の端部位置とが平面的に見て、若干の重なりであっても作用的効果に重大な影響を及ぼすものではなく、切刃の肉厚の１／２程度までの重なりは許容される。図２（ｅ）に摩耗が進行した状態の切刃を側面から見た模式図が示されている。この図によって表わされるように、上面２よりも下面３の方が切刃の肉厚分程度軸線方向に後退した位置で摩耗が進行する。上下面の硬質肉盛部の重なりがないものの形状を実線ｂで、重なりが切刃の肉厚の１／２を越えるものを点線ｃで示している。上下面の硬質肉盛部の重なりが切刃の肉厚の１／２程度までならば切刃先端は上面２近傍が薄肉になり掘削性を維持できる。

本実施形態の掘削用切刃１では、摩滅によって刃先５が後退しても硬質肉盛部（耐摩耗層）が配置される部分を残してそれ以外の部分で優先的に摩耗され、刃先５が前述のような状態で常時その全幅で薄肉に保たれることになる。したがって、掘削用切刃１として掘削性能を維持し続けることができるという効果が得られるのである。なお、使用限界位置近傍には幅方向に硬質肉盛部８'が設けられているので、使用による当該部分の摩耗を阻止してバケット側の取付部片への嵌合部６が破れるのを防止できる。

次に、図３に、本発明の第２の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。

この実施形態の掘削用切刃１Ａは、前記第１の実施形態の掘削用切刃１において、下面３に、図３（ｃ）に示されるように、刃先５から先端部における幅方向のほぼ全幅で切刃の肉厚が１５ｍｍまでの範囲にも硬質肉盛部８ａが配置されている。なお、本実施形態において、前記第1の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。

このように構成される掘削用切刃１Ａにおいても、前記実施形態と同様、使用初期においては硬質肉盛部の配置に関係なく良好な掘削性が得られるとともに、掘削用切刃１よりも硬質肉盛部８ａが追加されていることにより、寿命をより一層延長させることができ有効である。

次に、図４に、本発明の第３の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。

この実施形態の掘削用切刃１Ｂは、前述の第１の実施形態の掘削用切刃１において硬質肉盛部８'を除いて上面２と下面３に配置される硬質肉盛部７，７ａ，８，８の状態を反転させた構造のものである。したがって、前記実施形態のものと同一個所についてはそのままの符号を付して詳細な説明を省略している。

このように構成される掘削用切刃１Ｂにおいても前述と同様に使用初期においては、硬質肉盛部の配置に関係なく良好な掘削性が得られるとともに、硬質肉盛部８（一部）と硬質肉盛部７により寿命が延長される。継続して使用されるうちに、やがて図５（ａ）〜（ｄ）に摩滅状態の模式図で示されるように、硬質肉盛部７ａ，８以外の部分（鋼）が摩耗され、幅方向の断面が中凹みのＵ字状（図５（ｄ）参照）になり、刃先が薄肉に形成され、刃幅も維持されながら摩滅され、寿命も延長される。この実施形態の場合は、鍬状の摩耗形状が維持されるので、特に岩の掬い上げ作業に優れている。

次に、図６に、本発明の第４の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。

この実施形態の掘削用切刃１Ｃは、チゼルタイプの切刃であって、基本的には前記実施形態のものと同様であるが、中央に軸線に沿って突稜１０が形成され、刃先部５Ａを中央部から左右両側へ斜めに後退させて中央部が突出された形状にされている。これにともない、上面２Ａでは中央部から後退された両側とその中央部の突稜１０を跨いで所要幅にて基部方向への延長部分とに、前記実施形態のものと同様に硬質肉盛部７Ａ，７Ａ'が配置されている。また、下面３Ａには、中央部に上面と同様の突稜１１が形成され、中央の先端部から後退した両側を傾斜面１２，１２にして刃先部５Ａが尖った状態にされ、その傾斜面１２，１２の後端近傍からそれぞれ所要幅にて使用限界位置近傍までの区間に硬質肉盛部８，８が配置された構成となっている。

このように構成される掘削用切刃１Ｃでは、刃先部５Ａが全体として尖った形状にされているので、貫入性能が優れ、使用によって刃先部が摩滅した後も上面２Ａの硬質肉盛部７Ａの両側の鋼部分と下面３Ａの硬質肉盛部８，８間の鋼部分が優先的に摩滅することによって、幅方向の断面がへの字状に薄肉になり、刃幅全体で刃先を形成して掘削性能を維持することができる。なお、この実施形態においても、上面２Ａと下面３Ａとに配置される硬質肉盛部７Ａと８，８の幅方向寸法Ｗの割合をそれぞれほぼ５０％（下面の幅寸法Ｗ'では各２５％）にすることで、上下両面に形成される硬質肉盛部７Ａと８，８が平面的に端部においてほぼ同じ位置になって刃幅全体に硬質肉盛部が配され、その結果全幅で薄肉の刃部を形成維持することができるとともに、切刃としての寿命を延長させることができ有効である。

次に、図７に、本発明の第５の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）が示されている。

この実施形態の掘削用切刃１Ｄは、第４の実施形態の掘削用切刃１Ｃにおいて、下面３Ａに、図７（ｃ）に示されるように、刃先部５Ａの中央部斜面とそこから後退した両側の斜面１２，１２に硬質肉盛部８Ａが配置されている。なお、本実施形態において、前記第４の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。

このように構成される掘削用切刃１Ｄにおいても、前記実施形態と同様、使用初期においては硬質肉盛部の配置に関係なく良好な掘削性が得られるとともに、掘削用切刃１Ｃよりも硬質肉盛部８Ａが追加されていることにより、寿命をより一層延長させることができ有効である。

以上は掘削力が１０トンクラスの油圧ショベルに使用されるバケットの掘削用切刃（バケットツース）について説明したが、これ以上の掘削力を発揮できる油圧ショベルのバケットについても、同様趣旨で使用できるのであり、それら掘削力の大きい車種における掘削機能の低下限界（バケット掘削作業において掘削性が極端に低くなる限界）における刃厚を列挙すると、表１で表されるようになる。通常、掘削用切刃の大きさは掘削力に比例して相似形で大きくなる。また、掘削性は土砂岩石に作用する面圧に比例する。すなわち、掘削力ＰがＸ倍になれば、限界刃厚は√Ｘ倍になる。このようなことから、前記実施形態（１０トンクラスの車種に用いられるバケットツース）において硬質肉盛部の配置の範囲を１５ｍｍ以上としており、それ以上の掘削力を備える場合においても、前記と同様もしくはそれ以上の有効範囲に配置するのが好適である。

なお、前記硬質肉盛部（硬質耐摩耗層）の配置範囲については、切刃の肉厚が１５ｍｍ未満の範囲に適用しても掘削性能を高める効果が得られる。しかし、新品の状態では既に肉厚が薄いのであるから、硬質耐摩耗層の配置に関係なく掘削性がよい。したがって、掘削用切刃の肉厚が１５ｍｍ未満の範囲では、あえて前記各実施形態に記載の配置形態にこだわる必要はなく、耐摩耗性向上の観点からは全面的に硬質耐摩耗層を配置してもよい。

また、掘削用切刃は、切刃側面と下面とが会合する稜線部に小さな丸みを帯びていたり、細いリブが設けられているものも多いが、下面の両側に配置される硬質耐摩耗層はこれらの部分を避けて配置されてもよい。また、掘削用切刃には衝撃力も作用するため、前記硬質耐摩耗層としては高い耐摩耗性を持ちながら欠損を生じないようにするためには、高硬度でありながら高靭性が必要とされる。このことから前述のような硬質耐摩耗層（硬質肉盛部）が形成されている。コストを低く抑えるためには鉄合金マトリクスが優れているが、一層の靭性を持たせるためにＮｉ合金を用いることも可能である。

前記掘削用切刃本体の材種は、通常、炭素含有量が０．２〜０．４重量％の低合金鋼（マンガン鋼やクロムモリブデン鋼など）で、焼入れ焼戻しにより硬度をＨＲＣ４５〜５０程度にしたものが用いられる。

また、前記硬質肉盛部は、前記掘削用切刃本体を構成する鋼に対して５倍以上の耐摩耗性を有している。したがって、前記実施形態として図１、図３、図４では両サイドにリブがある切刃を示し、図６、図７ではチゼルタイプの切刃の実施形態を示したが、その他の形状の切刃、例えばリブをもたない切刃、センタにリブがある切刃など、様々な形状のものに対しても鋼部分が優先的に摩耗して同様の作用効果を得ることができる。

前述のように、本発明の掘削用切刃によれば、上下両面に配置される硬質肉盛部（硬質耐摩耗層）に対向する部分でそれぞれ優先的に摩耗するように配分することによって、摩耗の進行とともに刃幅全体が薄肉になって掘削性能（貫入性）を高めて使用でき、寿命の延長を図ることができる。

本発明の第１の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）掘削用切刃の摩滅状態を表わす模式図で、全体斜視図（ａ）とそのＡ−Ａ視断面図（ｂ）とＢ−Ｂ視断面図（ｃ）とＣ−Ｃ視断面図（ｄ）および摩耗が進行した状態の切刃側面図（ｅ）本発明の第２の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）本発明の第３の実施形態による掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）第３の実施形態による掘削用切刃における摩滅状態を表わす模式図で、全体斜視図（ａ）とそのＡ−Ａ視断面図（ｂ）とＢ−Ｂ視断面図（ｃ）およびＣ−Ｃ視断面図（ｄ）本発明の第４の実施形態の掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）本発明の第５の実施形態の掘削用切刃の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および底面図（ｃ）硬質耐摩耗層を配置されない従来の掘削用切刃の一事例平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）硬質耐摩耗層を配さない掘削用切刃の摩滅状態を模式図で表わす平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）硬質耐摩耗層を上面全面に配置した掘削用切刃の平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）硬質耐摩耗層を上面全幅に配置した掘削用切刃の摩滅状態を模式図で表わす平面図（ａ）と側面図（ｂ）と先端部の摩耗過程を表わす側面図（ｂ'）および底面図（ｃ）硬質耐摩耗層を下面全面に配置した掘削用切刃の平面図（ａ）と側面図（ｂ）および底面図（ｃ）硬質耐摩耗層を下面全幅に配置した掘削用切刃の摩滅状態を模式図で表わす平面図（ａ）と側面図（ｂ）と先端部の摩耗過程を表わす側面図（ｂ'）および底面図（ｃ）

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ掘削用切刃
２，２Ａ上面
３，３Ａ下面
５，５Ａ刃先部
６嵌合部
７，７ａ，７Ａ，７Ａ'，８，８'，８ａ，８Ａ硬質肉盛部

Claims

一方の面と他方の面との会合部分に掘削刃先を形成する掘削用切刃であって、
前記一方の面には、刃先から先端部における幅方向のほぼ全幅に硬質耐摩耗層が形成されるとともに、両側部を除く中央部に軸線方向に硬質耐摩耗層が形成され、
前記他方の面には、中央部を除く両側部に軸線方向に硬質耐摩耗層が形成されることを特徴とする掘削用切刃。
前記掘削用切刃の肉厚が１５ｍｍ以上の範囲に前記硬質耐摩耗層が配置されている請求項１に記載の掘削用切刃。
前記一方の面に配される硬質耐摩耗層と前記他方の面に配される硬質耐摩耗層とは、前記一方の面の両側部を除く中央部に軸線方向に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の端部と、前記他方の面に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の中心軸側の端部とが平面的に見て同位置に設けられる請求項１または２に記載の掘削用切刃。
前記一方の面に配される硬質耐摩耗層と前記他方の面に配される硬質耐摩耗層とは、前記一方の面の両側部を除く中央部に軸線方向に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の端部と、前記他方の面に形成される硬質耐摩耗層の幅方向の中心軸側の端部とが平面的に見て重なり合わないように設けられる請求項１または２に記載の掘削用切刃。
前記掘削用切刃の任意の横断面における前記一方の面および前記他方の面に設けられる硬質耐摩耗層の幅の和は、その切刃の幅の５０％より大きくされている請求項３または４に記載の掘削用切刃。