JP4680906B2 - 素材逸らせ段部を有する回転切削ビット - Google Patents

Description

本発明は、軟らかい地盤を掘削したり、アスファルト道路など、地盤上の比較的軟らかい材料を破砕したりするために使用される切削工具に関するものである。

採鉱、掘削、道路再舗装作業は一般に、被削材に対し回転切削ビットを推進させることにより行われている。回転切削ビットは、回転ドラムや固定された梁などの被駆動支持体に装着されて、相手材に対し押し付けられるようになっている。一つの典型的な回転切削ビットは、鋼シャンクの先端面にろう付けされた超硬チップを備えている。シャンクは、保持スリーブによってホルダに取り付けられる。保持スリーブは、ホルダに対して回転切削ビットを中心軸回りに自由に回転させることができるものである。一方、保持スリーブは、ホルダから軸方向に抜け出すことが抑制されている。チップは、自由に回転できるので、基本的に自己研磨性を有する。

上述した切削機構は、岩や氷などの硬い材料や、アスファルトのような軟らかい材料を切削するために使用されている。岩を切削する際、ビットの最も早い摩耗速度は超硬チップで生じ、ビットの寿命が超硬チップによって決定されることとなる。しかしながら、アスファルトや石炭や塩等、比較的軟らかい材料を切削する際は、ビットの最も早い摩耗速度はシャンクで生じるようになる。すなわち、切削したアスファルトに擦れたり、シャンクが衝撃を受けたりすることで、シャンクに腐食が発生する。したがって、道路の再舗装作業でアスファルトを切削するとき、回転切削ビットの摩耗寿命は、シャンクによって決定されることとなる。

アスファルトなどの比較的軟らかい材料の切削に使用する際に、摩耗寿命を延長させる切削ビットが望まれている。

参照することにより組み込まれる米国特許第４，７２５，０９８号は、ビットヘッドに取り付けられた超硬チップの後側に隣接して、ビットヘッドのテーパ側面に溝が形成された切削ビットを開示する。表面硬化物が溝の中に埋め込まれ、それによって、側面と同一面上に、或いは側面から半径方向外側に僅かに突出して、防食用環状リングが形成されている。環状リングは、硬い材料から形成されているにもかかわらず、切削によりかなりの腐食を生じ、その寿命が短くなるということがあった。

参照することにより組み込まれる米国特許出願第１０／０５８，３８７号（出願日：２００２年１月３０日、発明の名称：素材逸らせ段部を有する回転切削工具、発明者：Kent Peay , Timothy J. Shean）は、テーパ側面から張り出した段部を有する切削ビットを開示している。段部は、ビット本体の他部分に一体化したり、或いはビット本体に保持される別体のリングとして形成したりすることが可能である。段部は、その上方の本体部分に対し、切削した相手材を堆積させるに十分な直径に形成され、下方のビット本体の材料を腐食から保護する。しかしながら、切削ビットのこのような段部は、摩耗しやすい傾向のあることが判明していた。

長寿命の防食構造を有する回転切削ビットを提供することが望まれている。また、加工が簡単で、比較的少ない工程で製作することができる切削ビットを提供する。

本発明の一態様によれば、切削ビットは、先端面及び側面を有する本体であって、側面は先端面の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部を含み、肩部の上側に位置する本体の直径は肩部の直径より大きくないものである本体と、肩部の先端面にて本体に取り付けられ、本体より硬いリングとを備える。

本発明の他の態様によれば、切削ビットは、先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、筒状側面部分が先端面の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部を含む本体と、肩部の先端面にて本体に取り付けられ、本体より硬いリングとを備える。先端面とリングの先端との間の距離を先端面と本体の底面との間の距離で割った値は、０．１５〜０．５である。

本発明のさらに他の態様によれば、切削ビットは、先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、筒状側面部分が先端面の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部を含む本体と、先端面に取り付けられた切削チップと、肩部の先端面にて本体に取り付けられ、本体より硬いリングとを備える。切削チップの底の直径を切削チップの底の位置における本体の直径で割った値は、０．７２〜０．９５である。

本発明のさらに他の態様によれば、切削ビットは、先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、筒状側面部分が先端面の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部を含む本体と、先端面に取り付けられた切削チップと、肩部の先端面にて本体に取り付けられ、本体より硬いリングとを備える。切削ビットの直径をリングの外径で割った値は、０．６０〜０．８０である。

本発明のさらに他の態様によれば、切削ビットは、先端面及び側面を有する本体であって、側面が、先端面の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる第１の肩部と、第１の肩部の下側の第２の肩部とを含み、本体の直径は、第１の肩部の上側が第１の肩部よりも大きくないものであり、第２の肩部の上側が第２の肩部の直径よりも大きくないものである本体と、第１の肩部及び第２の肩部の各先端面にて本体にそれぞれ取り付けられた第１のリング及び第２のリングとを備える。

本発明のさらに他の態様によれば、切削ビットに取り付けられる切削チップは、基部と、略凸形状の先端部と、基部と先端部との間に延びる略凹形状の側部とを備える。

本発明のさらに他の態様によれば、切削ビットは、基部、略凸形状の先端部、及び基部と先端部との間に延びて交差点で先端部に交差する略凹形状の側部を有する切削チップを備える。この切削ビットはさらに、切削チップを取り付けた先端面、底部、及び先端面の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部を有する本体と、肩部の先端面にて本体に取り付けられ、本体より硬いリングとを備える。交差点と底部とによって画定される仮想円錐部の内側にリングが配設される。

本発明の目的及び利点は、添付図面に関連した本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明により、明らかになろう。図面において、類似の構成要素には同じ符号が付されている。

図１及び図２は、本発明の一実施形態による切削ビット２１である。切削ビット２１は、先端面２５と側面２７とを有する本体２３を備えている。側面２７は、先端面２５の下側で本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部２９を含んでいる。切削チップ３１は、好ましくは先端面２５に、通常はろう付けにより取り付けられる。この切削チップは、本体２３より硬くすることが好ましい。

好ましくは本体２３より硬いリング３３は、肩部２９の先端面３５にろう付けなどにより取り付けられる。本体２３は、肩部２９の上側の直径を肩部より大きくない直径にすることが好ましく、また、本体２３の側面２７の少なくとも一部３７を肩部２９の上側で筒状、好ましくは円筒状にすることが好ましい。それによって、円形内径を有するリングを、肩部まで本体上で摺動させることができる。本体２３は、好ましくは肩部２９の上方の直径が肩部より大きくないから、本体に溝を形成するための加工コストが不要になる。また、本体２３を冷間成形することが可能となる。リング３３は、肩部２９の上側に配置されるとともに、そのとき同時に本体２３にろう付けされることが好ましい。これにより、特に溝を形成しなければならないビットと比較して、製作コストを小さくすることができる。しかしながら、要望や必要に応じて、肩部２９を側面の溝の一部分として、リングを、例えば溝の上面と下面とによって適所に保持されるスプリットリングとすることも可能である。リング３３は、略円形状として図示されるものであるが、所望により六角形や八角形等のいかなる形状にも形成することが可能である。

図３に示す切削ビット２１′では、本体２３′は、第１の肩部２９の下側に第２の肩部３９を含んでいる。また、本体２３′は、第２の肩部３９の上側の直径が第２の肩部の直径より大きくないようにして、第２のリング４１を、第２の肩部まで本体上で容易に摺動させ得るようにすることが好ましい。この第２のリング４１は、第２の肩部の先端面にて本体に取り付けられるようになっている。しかしまた、要望や必要に応じて、肩部３９を側面の溝の一部分として、リング４１を、例えば溝の上面と下面とによって適所に保持されるスプリットリングとすることも可能である。

先端面２５とリング３３の先端４３との間の距離Ａを、先端面と本体の底面４５との間の距離Ｂで割った値が、０．１５〜０．５であることが好ましい。これは、切削された相手材をリング３３の上に堆積させるとともに、堆積した相手材が、さらなる相手材を逸らすことで、リングと切削チップ３１との間での本体２３の腐食を防止することを意図したものである。。フランジ４７は、本体に一体化されることが好ましく、本体２３の底に形成されることが好ましい。切削された相手材は、リング３３の上に堆積するのと同様にして、フランジ４７の上に堆積する。

従来、切削チップと本体の底部フランジとの間で生じる摩耗形態は、図２の点線Ｘで示されるように、おおよそ「ゴルフティー」の形態を呈する傾向があった。重大な腐食を受けるところにリング３３を設けることで、実質的に本体２３からの材料の損失を減らすことができ、図２において陰の領域Ｙとして示される２つの「ゴルフティー」に似た様相になるというということが判った。本体の摩耗を抑制することが望まれる一方、切れ味が鈍り切削作用が悪くなることを避けるため、リング３３を切削チップ３１から十分に離れた距離に位置させることも望まれている。このことは、距離Ａと距離Ｂとの間の関係を０．１５〜０．５の範囲に保つことによって達成できる。第２の肩部３９及びリング４１を、図３に示されるように設ける場合は、先端面２５と第２のリング４１の先端４９との間の距離Ａ′を先端面と本体の底面４５との距離Ｂで割った値を、第１のリングと同様に、０．１５〜０．５にすることが好ましい。これにより、第１のリング３３と第２のリング４１との双方は、本体２３の腐食が最大となったであろう領域に配置される。

切削チップ３１の直径Ｃを切削チップの底における本体２３の直径Ｄで割った値は、０．７２〜０．９５であることが好ましい。先端面２５は、縁壁５１を設けるために凹ませることが好ましい。縁壁５１には、切削チップ３１がろう付けによって取り付けられる。縁壁４９を設けた目的は、切削チップ３１と先端面２５との間から液状ろう材が流れ出すことを防止するためと、本体２３が冷やされたときに応力を解放させるためである。Ｃ／Ｄが１に接近するに従い、縁壁５１の厚みが薄くなり、より少ない材料で本体２３が形成される。Ｃ／Ｄが１から０に向かうにしたがって、本体２３の材料が増え、本体２３の有益な寿命が、より硬い材料で形成された切削チップ３１の寿命に近づくこととなる。

切削チップ３１の直径Ｃをリングの外径Ｅで割った値は、０．６０〜０．８０であることが好ましい。図１〜図３に示すように、切削チップ３１は、縁壁４９の内側で先端面２５にろう付けされる底面５２と、ブレークポイント５５まで上向きに延びている凹面５３と、略凸形状の先端部５７とを有することが好ましい。図２及び図３に示すように、仮想円錐部５９は、フランジ４７の外縁の点６１とブレークポイント５５とを通って、本体２３の中心軸に沿い、先端部５７の上方に位置する点６３まで延びている。リング３３上の点を含む、切削ビット２１上の点の全てを、仮想円錐部５９の内側又は少なくとも実質的内側に保持することが望ましいことが判っている。仮想円錐部の外側に位置する点は、腐食が激しく生じる傾向がある。特にＡ／Ｂが０．１５〜０．５０でＣ／Ｄが０．７２〜０．９５のときに、Ｃ／Ｅを０．６０〜０．８０の範囲に保つことにより、リング３３上の最も外側の点が、仮想円錐部５９上又はその内側に入り、摩耗が少なくなる。リング３３のみを有する切削ビットに関して上述した関係は、２つ以上のリングを有するビット、例えば図３に示すリング４１を備えた切削ビット２１′にも適用することができる。

本発明をその好ましい実施形態に関して説明したが、ここでは説明されていない追加、削除、変更、代用を、添付のクレームに記載されている本発明の精神及び範囲を逸脱することなく為し得ることは、当業者に理解されよう。

本発明の一実施形態による回転切削ビットの側面図である。 本発明の一実施形態による回転切削ビットの側面図であって、ビット上に被削材が蓄積した状態を示す。 本発明の他の実施形態による回転切削ビットの側面図である。

Claims (18)

1. 先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、該筒状側面部分が前記先端面の下側で前記本体の中心軸に対して略垂直に延びる第１の肩部を含み、前記筒状側面部分の少なくとも一部分は前記第１の肩部の上側に配置されている本体と、
   前記第１の肩部の先端面にて前記本体に取り付けられ、前記本体より硬い第１のリングであって、前記本体の前記先端面の下側に配置されている第１のリングと、を備え、
   前記本体の前記先端面と前記第１のリングの先端との間の距離を前記本体の前記先端面と前記本体の底面との間の距離で割った値が、０．１５〜０．５であり、
   前記本体は、前記第１の肩部の下に第２の肩部を含み、該第２の肩部の直径より該第２の肩部の上側部分の直径が大きくないものであり、
   前記第２の肩部の先端面で前記本体に取り付けられている第２のリングを備え、
   前記本体の前記先端面と前記第２のリングの先端との間の距離を前記本体の前記先端面と前記本体の底面との間の距離で割った値が、０．１５〜０．５である切削ビット。
2. 先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、該筒状側面部分が前記先端面の下側で前記本体の中心軸に対して略垂直に延びる肩部を含み、前記筒状側面部分の少なくとも一部分は前記肩部の上側に配置されている本体と、
   前記肩部の先端面にて前記本体に取り付けられ、前記本体より硬いリングであって、前記本体の前記先端面の下側に配置されているリングと、
   前記先端面に取り付けられている切削チップと、を備え、
   前記本体の前記先端面と前記リングの先端との間の距離を前記本体の前記先端面と前記本体の底面との間の距離で割った値が、０．１５〜０．５であり、
   前記切削チップの底の直径を該切削チップの該底の位置における前記本体の直径で割った値が、０．７２〜０．９５である切削ビット。
3. 前記本体の前記底面の下側に配置され、前記中心軸の方向で前記本体の前記底面から延びる細長い部分を含み、該細長い部分がホルダに前記切削ビットを取り付けるための保持スリーブを受容するために適用されている請求項２記載の切削ビット。
4. 前記切削チップの直径を前記リングの外径で割った値が０．６０〜０．８０である請求項３記載の切削ビット。
5. 前記切削チップは前記本体より硬く、前記肩部の上側の前記本体の直径が前記肩部の直径より大きくなく、前記リングがろう付けによって前記肩部の前記先端面に取り付けられている請求項４記載の切削ビット。
6. 前記切削チップは、基部と、先端部と、前記基部と前記先端部との間に延びる略凹形状の側部と、を備え、前記先端部は略凸形状であり、前記側部は略凹形状である請求項５記載の切削ビット。
7. 平坦状先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、該筒状側面部分が前記先端面の下側で前記本体の中心軸に対して略垂直に延びる第の肩部を含み、前記筒状側面部分の少なくとも一部分は前記第１の肩部の上側に配置されている本体と、
   前記先端面に取り付けられている切削チップと、
   前記第１の肩部の先端面にて前記本体に取り付けられ、前記本体より硬い第１のリングであって、前記本体の前記先端面の下側に配置されている第１のリングと、を備え、
   前記切削チップの底の直径を該切削チップの該底の位置における前記本体の直径で割った値が、０．７２〜０．９５である切削ビット。
8. 前記本体は、前記第１の肩部の下で第２の肩部を含み、該第２の肩部の直径より前記第２の肩部の上側部分の直径が大きくないものであり、前記第２の肩部の先端面で前記本体に取り付けられている第２のリングを備えた請求項７記載の切削ビット。
9. 前記切削チップの直径を前記第１のリングの外径で割った値が０．６０〜０．８０である請求項７記載の切削ビット。
10. 平坦状先端面及び筒状側面部分を有する本体であって、該筒状側面部分が前記先端面の下側で前記本体の中心軸に対して略垂直に延びる第１の肩部を含み、前記筒状側面部分の少なくとも一部分は前記第１の肩部の上側に配置されている本体と、
    前記先端面に取り付けられている切削チップと、
    前記第１の肩部の先端面にて前記本体に取り付けられ、前記本体より硬い第１のリングであって、前記本体の前記先端面の下側に配置されている第１のリングと、を備え、
    前記第１のリングはろう付けによって前記肩部の前記先端面に取り付けられ、
    前記切削チップの直径を前記第１のリングの外径で割った値が０．６０〜０．８０であり、
    前記本体は、前記第１の肩部の下に第２の肩部を含み、該第２の肩部の直径より該第２の肩部の上側部分の直径が大きくないものであり、該第２の肩部の先端面で前記本体に取り付けられている第２のリングを備えた切削ビット。
11. 先端面及び側面を有する本体であって、該側面が前記先端面の下側で前記本体の中心軸に対して略垂直に延びる第１の肩部を含み、前記本体は、前記第１の肩部の直径より該第１の肩部の上側部分の直径が大きくないものであり、前記第１の肩部の下に第２の肩部を含み、前記本体は、該第２の肩部の直径より該第２の肩部の上側部分の直径が大きくないものである本体と、
    前記第１の肩部と前記第２の肩部のそれぞれの先端面で前記本体に取り付けられている第１のリング及び第２のリングであって、前記本体の前記先端面の下側に配置されている第１のリング及び第２のリングと、を備え、
    前記第１の肩部の上側に配置されている前記側面の少なくとも一部分が筒状であり、前記第２の肩部の上側に配置されている前記側面の少なくとも一部分が筒状である切削ビット。
12. 前記本体の前記先端面と前記第１のリングの先端との間の距離を前記本体の前記先端面と前記本体の底面との間の距離で割った値が、０．１５〜０．５である請求項１１記載の切削ビット。
13. 前記本体の前記先端面に取り付けられている切削チップをさらに備えた請求項１１記載の切削ビット。
14. 前記切削チップの底の直径を該切削チップの該底の位置における前記本体の直径で割った値が、０．７２〜０．９５である請求項１１記載の切削ビット。
15. 前記切削チップの直径と前記第１のリングの外径との比が、０．６０〜０．８０である請求項１１記載の切削ビット。
16. 前記第１のリングと前記第２のリングとが前記本体より硬い請求項１１記載の切削ビット。
17. 基部と、略凸形状である先端部と、前記基部と前記先端部との間で延びる側部であって、略凹形状で、かつ、交差点で前記先端部と交差する側部と、を有する切削チップと、
    該切削チップが取り付けられている先端面と、底面と、前記先端面の下側に位置し、中心軸に対して略垂直に延びる肩部と、を有する本体と、
    前記肩部の先端面にて前記本体に取り付けられ、前記本体より硬いリングであって、前記本体の前記先端面の下側に配置されているリングと、を備え、
    前記肩部の上側に配置された側面の一部分が筒状であり、
    前記交差点の２点と前記本体の中心軸上の一点とを結んでなる円錐頂角が９０度に規定され、
    前記リングが円錐頂角を前記９０度とする円錐の円錐側面の内側に配置されている切削ビット。
18. 前記先端部と前記基部との間の前記切削ビットの全ての部分が、前記円錐側面で規定された仮想円錐部の略内側に配置されている請求項１７記載の切削ビット。

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