JP6154018B2 - ピックツールアセンブリ及びその使用方法 - Google Patents

Description

本開示は概して、これだけに限るものではないが特には超硬質ストライクチップを含んでなり且つ岩石又は舗装面の解体に使用するためのピックツールアセンブリに関する。

国際公開第２０１１／００４０３０号パンフレットでは、長手方向軸を有するシャンクが延びたアタックツールと、アタックツールのシャンクを受けるためのボアを有するホルダとを含んでなるアタックツールアセンブリが開示されている。ホルダは、ホルダが係合状態にある時にシャンクがボアに対して回転しないような、またホルダが非係合状態にある時にシャンクをボアに対して回転させることができるような構成でシャンクを受けるように適合されていることから、シャンクをホルダに、長手方向軸を中心とした求められる方向で選択的に固定することができる。

向上した可使時間を有する超硬質アタックツールアセンブリを提供することが必要とされている。

第１の態様ではピックツールアセンブリ（駆動装置に取り付けることができるように構成される）を提供し、このピックツールアセンブリは、（解体する物体に打ち付けるための）ストライクチップと、ホルダと、ストライクチップをホルダに連結するための可逆的取り付け機構とを含んでなり、ストライクチップは先端部を含むストライク面を含んでなり、ストライクチップをホルダに、ホルダに対して互いに対向する複数の方向で非可動的に連結できるように構成され、方向は、先端部を通る対称軸を中心としたものであり、取り付け機構は、対向する方向が少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°又は少なくとも約１７５°あるいは実質的に１８０°方位角方向に離れるように制限し（対称軸に対して垂直な面で）、またストライクチップがホルダアセンブリに、２つの互いに対向する方向のいずれか及びこれら２つの互いに対向する方向だけで連結され得るように構成される。言い換えると、取り付け機構は、ストライクチップが２つの互いに対向する方向の一方ではない方向ではホルダアセンブリに連結できないように構成される。ピックツールアセンブリは、組み立てられた又は組み立てられていない状態になり得る。

本開示からはピックツールアセンブリに関する様々な構成及び組み合わせが考えられ、以下は非包括的且つ非限定的な例であり、幾つかの構成例においては１つ以上組み合わせて用い得る。

幾つかの構成例において、対向する方向は少なくとも約１７０°又は少なくとも約１７５°、また最大で約１９０°又は最大で約１８５°方位角方向に離れ得る。あるいは、方向は一対の直径方向で対向する方向に限定され得る（すなわち、対称軸を通る線に沿った、先端部の両側）。

幾つかの構成例において、ピックツールアセンブリは、ストライクチップをホルダアセンブリに、２つだけの対向する方向範囲内にない方向では連結できないようにする制限機構を含んでなるものになり得て、各方向範囲の各限界は、もう一方の方向範囲の対応する限界から少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°又は少なくとも約１８５°方位角方向に離れている。

幾つかの構成例において、２つの対向する方向範囲はそれぞれ、それぞれの範囲の限界間で最高約４０°、約２０°又は約１０°の（方位角）角度幅を有し得る。言い換えると、各範囲により、ストライク構造体をホルダアセンブリに、方向面で４０°、２０°又は１０°方位角方向に離れた限界内で選択される方向で取り付けることができる。２つの方向範囲の方位角幅は実質的に同じになってもよく、又は異なっていてもよい。

ピックツールアセンブリは、路面切削及び／又は採鉱に使用し得る。幾つかの構成例において、ピックツールアセンブリは駆動装置を含んでなるものになり得て、ホルダをこの駆動装置に非可動的に連結することができる。駆動装置はドラムを含んでなるものになり得て、このドラムに複数のピックツールを取り付けることができる。いくつかの構成例においては、ピックツールアセンブリ及び駆動装置へのホルダの取り付けを可能にする手段を、使用中にストライクチップが駆動装置、例えば路面切削又は採鉱用のドラムから実質的に動かないように構成し得る。

幾つかの構成例において、ピックツールアセンブリは、ストライク面と境を接する超硬質材料を含んでなるものになり得る。幾つかの例において、この超硬質材料は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）材料又は炭化ケイ素結合ダイヤモンド（ＳＣＤ）材料を含んでなる又はこれらからなるものになり得る。

幾つかの構成例において、ストライク面は、先端部を少なくとも部分的に取り囲む円錐面を含み得る。この円錐面は、先端部からストライクチップの周縁側面まで延び得る。

幾つかの構成例において、ストライクチップは、対向する方向に対応する少なくとも２回対称を有し得る。言い換えると、ストライクチップを、使用時に打ち付ける物体から見た場合に、各方向において、対象軸を中心として実質的に同じ幾何学形状を呈するように構成し得る。ストライクチップは対称軸を中心として実質的に円柱状の対称を有し得るため、ストライク面は、対称軸を中心としたストライクチップのどの回転に関しても実質的に同じに見える。

幾つかの構成例において、先端部は丸みをつけたとがり先又は丸みをつけた細長い隆起（そのような例の幾つかでは、ストライクチップをたがね様であると記載する場合もある）の形態になり得る。幾つかの例において、ストライク面は、先端部から延びる、少なくとも一対の対向する平坦な面領域を含み得る。先端部は先端部及び先端部の反対側にあるストライクチップの遠位端を通って延びる、対称軸に対して平行な縦断面における曲率半径を規定し得る。様々な例において、先端部の曲率半径は少なくとも約１ｍｍ、少なくとも約２ｍｍ又は少なくとも約３ｍｍになり得る及び／又は様々な例において、先端部の曲率半径は最大で約４ｍｍ又は最大で約６ｍｍになり得る。ストライクチップは、ストライク構造体を非平面の境界で接合させた支持層を含んでなるものになり得る。

幾つかの構成例において、ストライクチップは、支持層に接合させた超硬質材料を含んでなる又は超硬質材料から成るストライク構造体を含んでなるものになり得る。支持層は、コバルト−超硬炭化タングステンを含んでなるものになり得る。幾つかの例においては、超硬質材料を支持層に接合させて生成し得て、これは超硬質材料が、超硬質構造体を支持層に接合させるその同じ一般ステップで生成される（例えば、焼結される）ことを意味する。支持層は、少なくとも約５重量％、最大で約１０重量％又は最大で約８重量％のバインダ材料を含む超硬炭化タングステン材料を含んでなるものになり得て、バインダ材料はコバルトを含んでなるものになり得る（支持層を、超硬質構造体を生成し得る高圧、高温条件に曝露する前に測定。そのような処理を施した後の実際のバインダ含有量はおそらく若干少なくなる）。超硬合金材料は少なくとも約８８ＨＲａのロックウェル硬さ（ロックウェル硬さスケールＡ）、少なくとも約２５００ＭＰａ（メガパスカル）の抗折力及び／又は少なくとも約８Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）、最大で約１６Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）若しくは最大で約１３Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）の磁気飽和及び少なくとも約６ｋＡ／ｍ（１メートルあたりのキロアンペア数）、最大で約１４ｋＡ／ｍ（１メートルあたりのキロアンペア数）の飽和保磁力を有し得る。バインダ含有量が比較的低い超硬合金材料ではより高い剛性及び使用時のチップ支持力が得られやすく、破損リスクを低下させるのに役立つ可能性があり、また良好な耐摩耗性を示しやすい。

幾つかの構成例において、ピックツールアセンブリはストライクアセンブリとホルダアセンブリとを含んでなるものになり得て、ストライクアセンブリはストライクチップと連結部材とを含んでなり、ホルダアセンブリは、連結部材を収めるためのホルダ部材と連結部材をホルダ部材に可逆的に固定するための固定部材とを含んでなり、取り付け機構は連結部材と、ホルダ部材と固定部材とを含んでなり、ストライクチップをホルダ部材に互いに対向する複数の方向で非可動的に連結するために協調的に構成される。ストライクアセンブリ及び／又はホルダアセンブリは分解可能な複数の構成要素を含んでなるものになり得て、あるいはストライクアセンブリ及び／又はホルダアセンブリは１つの単一部品から成り得る。

幾つかの構成例においては、連結部材を、ホルダ部材に設けられたボアに挿入するように構成し得て、連結部材及びホルダ部材は、連結部材をボアに収めることができ且つ固定部材を連結部材に可逆的に係合させることができ、作動させると連結部材をボア内で固定及び解放するように協調的に構成される。

幾つかの構成例においては、連結部材がボア内で、ホルダに対する複数の互いに対向する方向（連結部の長手方向対称軸を中心とした方向であり、少なくとも約１６０°方位角方向に離れている）の１つではない方向を向く場合に、使用時に連結部材がボア内で回転するのを防止するのに十分な力で固定部材が連結部材と係合しないように連結部材を構成し得る。言い換えると、連結部材をボア内に、約１６０°未満で方位角方向に離れている（ホルダに対する）任意の方向対で固定することはできなくなる。

幾つかの構成例において、連結部材は円柱状側面を含んでなるものになり得て、ホルダ部材は連結部材を収めるためのボアを含んでなり、連結部材は側面の両側に一対の係合面を含んでなり、連結部材及びホルダアセンブリは、連結部材をボアに挿入すると固定部材が平坦な面のいずれかに突き当たって連結部材をボア内で固定できるように協調的に構成される。

幾つかの構成例において、ホルダアセンブリはストライクアセンブリをホルダアセンブリに固定するための固定部材を含み得て、ストライクアセンブリは連結部材を含んでなるものになり得て、ストライクアセンブリをホルダアセンブリに非可動的に取り付けると連結部材を固定部材と係合させることができる。ピックアセンブリが係合状態にある時、固定部材は連結部材に係合、例えば接し得て、中間ホルダはホルダアセンブリに非可動的に取り付けられる。ピックアセンブリが非係合状態にある時は、固定部材を連結部材から離間させ得て、ストライクチップをホルダアセンブリに対して動かすことで、例えばホルダアセンブリ内でストライクチップの方向を変えることができる。

幾つかの構成例において、ホルダアセンブリは、ストライクチップの連結部材を収めるためのボアが設けられたホルダ部材と、ボアの内面からホルダ部材の外面へと延びる開口部を通ってボア内へと突き出ることができる固定部材とを含んでなるものになり得る。固定部材は、固定部材の端部が連結部材に接する係合位置と、固定部材の端部が連結部材から離れる後退位置との間で移動可能なものになり得る。

幾つかの構成例において、固定部材は、ホルダ部材に設けられたネジ付き開口部に収まる止めネジを含んでなるものになり得る。係合面は実質的に平坦になり得る。

幾つかの構成例において、ストライクアセンブリは中間ホルダと支持体とを含んでなるものになり得て、支持体は、ストライクチップを接合できる支持体の端部から離れる方向に延びるシャフトを含んでなり、中間ホルダはシャフトを収めるためのボアを含んでなり且つ連結部材を含んでなり、シャフト及びボアは、シャフトを締まり嵌め、例えば焼き嵌め又は圧入によりボア内で固定できるように協調的に構成される。ボア及び連結部材は中間ホルダの両端に位置し得る。ストライクチップは、支持体の端部に、ロウ付け材料により接合し得る。支持体は超硬合金材料を含んでなるものになり得る又超硬合金材料から成り得る。超硬合金材料は、支持層が含んでなる又は支持層を成す超硬合金材料とは異なるグレードのもの、またはるかに硬く、耐摩耗性が高いものになり得る。

幾つかの構成例においては、支持体及び中間ホルダを、支持体が使用時に中間ホルダの外面領域を遮蔽するように構成し得る。支持体はヘッド部を含んでなるものになり得て、このヘッド部からはシャフトが延びており、シャフトをボア内に固定するとボアを取り囲む中間ホルダの近位端面にヘッド部が接するように構成される。ヘッド部は、ストライクチップを取り付ける平坦な端面から離れる方向に延びる円錐状側面とこの円錐面とは反対側のベース面とを含んでなるものになり得て、ベース面は、支持体のシャフトを中間ホルダのボアに挿入した際に中間ホルダの外面領域上に広がる。

幾つかの例において、支持体は超硬炭化タングステン、セラミック材料、炭化ケイ素超硬ダイヤモンド材料又は超硬質材料を含んでなるものになり得て、中間ホルダはスチールを含んでなるものになり得る。支持材料は、少なくとも約９０ＨＲａのロックウェル硬さ（ロックウェル硬さスケールＡ）及び少なくとも約２５００ＭＰａ（メガパスカル）の抗折力を有し得る。例えば、支持体は、少なくとも約７Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）、最大で約１１Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）の磁気飽和及び少なくとも約９ｋＡ／ｍ（１メートルあたりのキロアンペア数）、最大で約１４ｋＡ／ｍ（１メートルあたりのキロアンペア数）の飽和保磁力を有する超硬炭化タングステン材料を含んでなる又はこれらから成るものになり得る。支持体は超硬合金材料を含んでなる又はから成るものになり得て、超硬合金材料は炭化タングステン結晶粒と、少なくとも約５重量％、最大で約１０重量％又は最大で約８重量％のバインダ材料とを含んでなるものになり得て、バインダ材料はコバルトを含んでなるものになり得る。炭化タングステン結晶粒は、最大で約６ミクロン、最大で約５ミクロン又は最大で約３ミクロンの平均サイズを有する。炭化タングステン結晶粒の平均サイズは、少なくとも１ミクロン又は少なくとも約２ミクロンになり得る。

第２の態様では、本開示によるピックツールアセンブリの使用方法を提供し、この方法は、ピックツールアセンブリを、ストライク構造体がホルダアセンブリに対して第１方向で配置される組み立てた状態で駆動装置に装填して用意し、ストライク構造体を物体又は複数の物体に繰り返し打ち付けることで物体を断片化し、ストライク構造体がホルダアセンブリに対して第２方向で配置されるようにストライク構造体の方向を変え、第２方向は第１方向から少なくとも約１６０°、少なくとも約１７０°又は少なくとも約１７５°方位角方向に離れており、ストライク構造体を物体又は複数の物体に繰り返し打ち付けることで物体をさらに断片化することを含む。

幾つかの例において、この物体又は複数の物体は、例えばアスファルト若しくはコンクリートを含んでなるものになり得る道路舗装面及び／又は例えば石炭若しくは炭酸カリウムを含んでなるものになり得る岩石層を含んでなるものになり得る。

幾つかの例において、第２方向は第１方向から少なくとも約１７０°、最大で約１９０°方位角方向に離れ得る。あるいは、第１及び第２方向は反対方向になり得る。

幾つかの例において、本方法は、ストライク構造体が第１方向にある時にストライク構造体を物体に第１打ち付け回数にわたって打ち付け、ストライク構造体が第２方向にある時にストライク構造体を物体に第２打ち付け回数にわたって打ち付けることを含み得て、第２打ち付け回数は第１打ち付け回数の少なくとも約５０％、少なくとも約８０％であり、あるいは第２打ち付け回数は第１打ち付け回数と少なくとも同じになり得る。

ここで非限定的な構成例について、添付の図面を参照しながら説明する。

ピックツールアセンブリ例の部分断面概略側面図である。 ストライクアセンブリ例の部分断面概略側面図である。 ストライクアセンブリ例の概略斜視図である。 ホルダアセンブリ例の部分断面概略側面図である。 図１Ａに示す、組み立てた状態にあるピックツールアセンブリ例の概略斜視図である。 図１Ｅに示すピックツール例の概略側面図である。 図１Ｅに示すピックツール例の概略上面図である。 ストライクチップ例の先端部を通る概略断面図である。 ピックツール例の概略斜視図である。 図３Ａに示すピックツール例の部分断面概略側面図である。 路面切削用ドラム装置の概略斜視図である。

ピックツールアセンブリ例１００について、図１Ａ〜１Ｇを参照しながら説明する。図１Ａに示すピックツールアセンブリ例１００は組み立てられた状態にあり、また路面切削機（図示せず）用のドラムに取り付けられるように構成されている。使用時のピックツール例の動きの前方向Ｆを概略的に示す。ピックツールアセンブリ例１００はストライクアセンブリ２００（特に図１Ｂ、図１Ｃを参照のこと）と、ホルダアセンブリ３００（特に図１Ｄを参照のこと）とを含んでなる。ピックツールアセンブリ１００は、ストライクチップ２１０をホルダアセンブリ３００に、ホルダアセンブリ３００に対する、回転対称軸Ｌを中心とした複数の方向のいずれでも非可動的に連結できるように構成される。ピックツールアセンブリ１００が組み立てられた状態にあるときにホルダアセンブリ３００に対してストライクチップ２１０がとり得る方向の数は２に制限され、対称軸Ｌを中心として互いに１８０°である。

この特定の実施例において、ストライクアセンブリ２００は、ピックインサート２２０と、ピックインサート２２０を取り付ける中間ホルダ２３０とを含んでなる。ピックインサート２２０は、ロウ付け材料により支持体２１８の近位端に接合されたストライクチップ２１０を含んでなる。ストライクチップ２１０は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）ストライク構造体２０８を含んでなり、多結晶ダイヤモンドストライク構造体２０８は、複数のダイヤモンド結晶粒を支持層２１５上に少なくとも約５．５ギガパスカルの超高圧で焼結させることでストライク構造体２０８のＰＣＤ材料を生成するその同じ工程で超硬合金支持層２１５に接合されている。支持体２１８は、支持層２１５が含んでなる超硬合金材料よりかなり耐摩耗性が高いグレードの超硬合金材料から成る。支持体２１８は、中間ホルダ２３０の近位端に設けられたボア内に焼き嵌めされるシャフト２２５を含んでなる。したがって、支持体２１８ひいてはストライクチップ２１０は中間ホルダ２３０に非回転的に取り付けられる。中間ホルダ２３０は、中間ホルダ２３０をホルダアセンブリ３００に取り付けるための連結シャフト２４０を含んでなる。

この特定の実施例において、支持体２１８は、組み立てた状態で中間ホルダ２３０のボアの外側にくるヘッド部２２２を含んでなり、支持体２１８のシャフト２２５はボアに挿入され、焼き嵌めされる。ヘッド部２２２は概して錐台形状を有し、ストライクチップ２１０の支持層２１５をロウ付け材料で接着した平坦な近位端面と、この平坦な近位端から延びる円錐面とを含んでなる。ヘッド部２２２の最外横径はボア（及びシャフト２２５）の直径より大きく、ヘッド部２２２のベース部はボアを取り囲む中間ホルダ２３０の近位端面に接する。この特定の実施例において、支持体２１８のヘッド部２２２のベース部は、中間ホルダ２３０のその近位端にある、ボア（及びシャフト２２５）をぐるりと囲む最外直径側に向かって延びる。この特定の実施例において、支持体２１８は超硬炭化タングステン材料を含んでなり、中間ホルダはスチールを含んでなる。支持体２１８のヘッド部２２２により、使用に伴う摩耗から中間ホルダ２３０がある程度保護され得る。これは支持体２１８を成す超硬合金材料が、中間ホルダ２３０を成すスチールよりずっと高い耐摩損性を有するからである。支持体２１８が含んでなる超硬合金材料は約９０ＨＲａのロックウェル硬さ及び約２，５００ＭＰａの抗折力を有し得て、超硬合金材料が含んでなる炭化タングステン結晶粒は約２ミクロンの平均サイズを有し得る。

この特定の実施例において、ホルダアセンブリ３００はスチール製ホルダ部材３１０と、止めネジ３５０（グラブネジとも称される無頭止めネジ（blind set screw）になり得る）を含んでなる、中間ホルダ２３０の連結シャフト２４０を固定するための固定部材とを含んでなる。ホルダ部材３１０は、近位端にある、中間ホルダ２３０の連結シャフト２４０を収めるためのボアと、遠位端にある、ホルダアセンブリ３００を、ドラム（図示せず）に取り付けられたベース部（図示せず）に取り付けるためのシャフト３２０とを含む。止めネジ３５０は、ホルダ部材３１０のボアの側壁にボアの内面に対して角度をつけて設けられたネジ付き開口部に収めることができる。

この特定の実施例において、連結シャフト２４０は概して円柱形状であり、連結シャフト２４０の側面上に対向して設けられた一対の対向係合領域２４５−ｉ、２４５−ｉｉを含み、これらの領域は、連結シャフト２４０の円柱状側面から内側に向かって等しい大きさの角度で、ただし円柱状側面に対して反対方向に傾斜している。係合領域２４５−ｉ、２４５−ｉｉは、連結シャフト２４０をボアに挿入した際に、ホルダ部材３１０に対する中間ホルダ２３０の方向に応じて止めネジ３５０の平坦な端部が係合領域のどちらかに突き当たるよう配置されるため、止めネジ３５０の端部は係合領域２４５−ｉ又は２４５−ｉｉと同一平面に置かれ、また連結シャフト２４０がホルダ部材３１５のボア内で回転するのを防ぐ。図１Ｃに示すように、係合領域２４５−ｉ、２４５−ｉｉの間に位置する連結シャフト２４０の側面の中間領域２４７は湾曲している。係合領域２４５−ｉ、２４５−ｉｉの間の円柱状領域２４７が止めネジ３５０に面するように連結シャフト２４０をホルダ部材３１０のボア内に配置すると、連結シャフト２４０は十分に係合できず、止めネジ３５０で固定することができない。

図２を参照するが、特定の実施例のストライクチップ２１０は、境界２１６で超硬合金支持層２１５に接合させて形成されるＰＣＤストライク構造体２０８から成り得る。ストライク構造体２０８は、先が丸くなった円錐の概形のストライク面２１２を有し、球面に丸められた円錐先端部２１４を含む。先端部２１４は縦断面で約３ｍｍの曲率半径を有し、縦断面は、先端部２１４及び先端部２１４の反対側の境界２１６を通る対称軸Ｌに平行である。ストライク面２１２は、ストライクチップ２１０の周縁側面に接する面に対して約４３°の角度θで傾斜する円錐領域を有する。境界２１６は概してドーム形状であり、縦断面で約９ｍｍの曲率半径を有する支持層２１５の球面凸状近位端により規定される。先端部２１４と先端部２１４の反対側の境界２１６との間のＰＣＤストライク構造体２０８の厚さＴは約４ｍｍである。先端部２１４から先端部２１４とは反対側の支持層２１５の遠位端までのストライクチップ２１０の全高Ｈは約９．４ｍｍである。ＰＣＤストライク構造体２０８の体積は約２８０．７ｍｍ^３であり、支持層の体積は約４７６ｍｍ^３である。他の構成例において、ＰＣＤストライク構造体２０８の体積は、支持層２１５の体積の少なくとも７０％、最大で１５０％になり得る。ＰＣＤ材料は、約８２重量％の実質的に連晶するダイヤモンド結晶粒と、ダイヤモンド結晶粒間の間隙領域におかれる、コバルトを含んでなる約１８重量％のフィラー材料とを含んでなるものになり得る。この実施例において、ダイヤモンド結晶粒はマルチモーダルなサイズ分布及び約２０ミクロンの平均サイズを有し得る。

この特定の実施例において、支持層２１５は、約９２重量％の炭化タングステン（ＷＣ）結晶粒と約８重量％のコバルト（Ｃｏ）を含んでなるコバルト−超硬炭化タングステン材料とを含んでなるものになり得る。超硬合金材料の硬さは約８８．７ＨＲａ（ロックウェル硬さスケールＡ）であり、抗折力は約２，８００ＭＰａ（メガパスカル）であり、破壊靭性は約１４．６ＭＰａ（メガパスカル）であり、ヤング率は約６００ＭＰａ（メガパスカル）である。

別のピックツールアセンブリ例１００を図３Ａ及び３Ｂに示す。図において、参照番号は、図１Ａ〜１Ｇを参照しながら上述した実施例と同じ一般的な特徴を示す。

使用時、ピックツール１００は駆動装置により前方向に駆動され、ストライク構造体２０８は、解体対象である物体に、その物体が含んでなる材料を破壊するのに十分な力でもって打ち付けられる。例えば、路面切削用の装置４００を図４に示すが、図においては複数のピックツール１００がドラム４１０に非可動的に取り付けられ、このドラム４１０を装置本体（図示せず）に装填し、駆動することでドラム４１０の円柱軸Ｄを中心として回転させることができる。ドラムが回転するにつれて、ピックツール１００を駆動してアスファルト又はコンクリートを含んでなるものになり得る道路舗装面に打ち付けることができ、舗装面は砕ける。

各ピック１００の様々な構成要素は使用に伴っておそらくは磨り減り、構成要素の形状はいくらか変化する。特に、中間ホルダ２３０、支持体２１８及びストライクチップ２１０の正面及び側面部は使用に伴って摩耗しやすく、これらの構成要素の少なくとも幾つかではかなりの量の材料が失われる可能性がある。例えば、中間ホルダ２３０の外周が最初は円形の横断面（すなわち、対称軸Ｌに沿って上から見た場合）を呈する構成では、かなり使用した後の外周は非円形（又は部分円形、部分楕円又は双曲線状）の断面を呈し得る。これはおそらくは材料が背面部ではなくその正面及び側面部で摩耗するからである。ホルダ部材３１０に対するストライクアセンブリ２００の方向を約１６０°未満で変えても解体する物体にはかなり非対称的な形状が向けられる（すなわち、正面から見た場合）であろうことから、ピックツールの効率、さらに可使時間はおそらく減少する。しかしながら、ホルダ部材３１０に対するストライクアセンブリ２００の方向を約１６０°より大きく、約２００°未満で変え得るため、ピックツール１００の有効可使時間は大きく延びる。

超硬質材料、特にはＰＣＤ材料を含んでなるストライクチップは、使用時、おそらく他の構成要素よりかなり遅い速度で摩耗する。結果として、使用時にストライクチップを回転させることでストライクチップの表面の摩耗を均一にする必要はないであろう。非回転式のピックツールは回転式のピックツールより予測しやすい形で摩耗する側面を有し得るが、これはおそらくは回転式ピックツールでは、ピックシャンクとホルダとの間に破片が溜まって回転性が低下しがちだからである。

特に、ＰＣＤ又はＰＣＢＮ材料は概して、概してスチールより耐摩耗性が高い超硬合金材料より耐摩損性がかなり高い。このため、高性能ピックツールが、スチール製ホルダに取り付け得る超硬合金支持体に接合された超硬質ストライクチップを含んでなることがおそらくは望ましい。使用時、超硬合金支持体はストライクチップよりかなり速い速度で摩損するであろうし、ストライクチップの先行面（すなわち、前を向いた面）には幾らかの摩損が起きるであろう。特に、ストライク構造体の前（使用時のストライク構造体の動きの前方向に対して）及びストライク構造体のいずれかの側面の（例えば、支持層又は支持体が含んでなる）超硬合金材料は、ストライクチップの耐用年数が尽きる（これは最終的にはストライク構造体の破損により起き得る）よりずっと前に、使用に伴って大きく摩耗するであろう。幾つかの応用例において、ピックツールの耐用年数は、支持体の前及び／又は側面領域の摩耗ではなくストライクチップの（使用時の動きの方向に対して）後ろの支持体の領域に亀裂が発生し、伝播することで尽き得る。特定の理論により拘束しようとするものではないが、そのような亀裂は使用時にピック本体に繰り返し加えられる衝撃の結果として起き得て、衝撃が加わるたびに支持体はおそらくは圧縮応力状態と引張応力状態に繰り返し置かれる。

したがって、ストライク構造体と支持体とを含んでなるストライクアセンブリのホルダに対する方向を、使用時のストライク構造体の動きの方向に対して、ストライクチップの後行面が先行面となり、支持体の後ろを向いていた部位が前を向くように変えると、ピックツールの耐用年数を大幅に延ばすことができ、用途によっては２倍に延ばすことができる。これにはおそらくストライクアセンブリをホルダから外し、ストライクアセンブリをホルダに対して少なくとも約１６０°、最大で約２００°回転させてから、次の使用のためにストライクアセンブリをホルダに再度取り付けることが必要となる。ピックツールアセンブリの様々な構成例で、約１６０〜約２００°の範囲内で様々に方向を変えることで耐用年数を延ばすことができる。概して、ストライクチップの方向を少なくとも約１７０°、最大で約１９０°又は約１８０°変えることで、ピックツールの耐用年数がより一層大きく延びると予測される。摩損の方向的な性質により、ストライクチップの方向を１６０°未満又は２００°より大きい角度で変えると、可使時間は大きくは延びないと予測される。

ホルダアセンブリに対するストライクアセンブリの方向が２つに限定されるように構成されたピックツールアセンブリは、３つ以上の方向を向くように構成されたアセンブリより高い強度を有しやすいが、これはツールの強度を高める特徴を導入して補わない限り、複数の方向を可能にする設計上の特徴によりピックツールが弱くなると予測できるからである。強度を補うそのような特徴はツールの複雑度及びコストをおそらくは上昇させてしまう。したがって、３つ以上の概して対向する方向を設けることには殆ど又は全く利点がないことから、開示のピックツールアセンブリは、デザインの複雑度を比較的低くし、またツールの全体的な強度が、ストライクチップの方向を変えることで可能となる長いツール寿命を維持するのに十分な高さであることを確保しながらも、ストライクチップ及びストライクチップを取り付ける構成要素の方向を変えることでツールの耐用年数を延ばせる可能性との間でバランスをとることができる態様を有している。

本開示で使用の特定の用語について以下で簡単に説明する。

合成及び天然ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）及び多結晶ｃＢＮ（ＰＣＢＮ）材料は超硬質材料の例である。本開示において、人工ダイヤモンドとも称される合成ダイヤモンドは、製造されたダイヤモンド材料である。本開示において、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は複数のダイヤモンド結晶粒の凝集物を含んでなり、そのかなりの部分が互いに直接結合し、またダイヤモンド含有量はＰＣＤ材料の少なくとも約８０体積％である。ダイヤモンド結晶粒間の隙間を、合成ダイヤモンド用触媒材料を含んでなるものになり得るフィラー材料で少なくとも部分的に充填し得る。あるいは、隙間は実質的に空であってもよい。本開示において、合成ダイヤモンド用触媒材料は合成ダイヤモンド結晶粒の成長及び／又は合成若しくは天然ダイヤモンド結晶粒の直接連晶を、合成又は天然ダイヤモンドが熱力学的に安定する温度及び圧力で促進可能である。ダイヤモンド用の触媒材料の例は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎ並びにこれらを含む特定の合金である。ＰＣＤ材料を含んでなる物体は少なくとも、隙間から触媒材料が除去されてダイヤモンド結晶粒間に空隙が残る領域を含んでなるものになり得る。

本開示において、ＰＣＢＮ材料は、金属又はセラミック材料を含んでなるマトリックス中に分散した立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の結晶粒を含んでなる。

超硬質材料の他の例には、セラミック材料（炭化ケイ素（ＳｉＣ）等）又は超硬合金材料、例えばＣｏ結合ＷＣ材料を含んでなるマトリックスにより保持されたダイヤモンド又はｃＢＮ結晶粒を含んでなる特定の複合材料が含まれる（例えば、米国特許第５，４５３，１０５号又は第６，９１９，０４０号明細書に記載）。例えば、特定のＳｉＣ結合ダイヤモンド材料は、ＳｉＣマトリックス（少量のＳｉをＳｉＣ以外の形態で含有し得る）に分散した少なくとも約３０体積％のダイヤモンド結晶粒を含んでなるものになり得る。ＳｉＣ結合ダイヤモンド材料の例は、米国特許第７，００８，６７２号、第６，７０９，７４７号、第６，１７９，８８６号、第６，４４７，８５２号の明細書及び国際公開第２００９／０１３７１３号パンフレットに記載されている。

本開示において、ピックツールは物体の機械的解体用である。解体行為は分解、断片化、切断、切削、平削り又は物体から材料の一部を除去すると記載される場合もある。ピックツールで解体し得る物体の例には道路舗装面又は岩石層が含まれ、物体は、数例にすぎないが、アスファルト、コンクリート、岩石、土壌、石炭及び炭酸カリウムを含んでなるものになり得る。ピックツールは、ピックツールを解体対象である物体に対して駆動するための駆動装置に連結することができ、ピックツールが含んでなるストライクチップは駆動されて物体に打ち付けられる。

本開示において、対称軸は、物体の形状又は物体の少なくとも一部が実質的に不変となるように物体を回転させることができる幾何学的な軸である。言い換えると、物体又は物体の関係する部位の外見が、対称軸を中心として少なくとも１つの回転角度で回転させても実質的に同じままである。円柱状の座標系において、それを中心として物体と回転させるところの回転対称軸に垂直な面における物体の回転角度を方位角と称する場合もある（これは方位角座標である）。角度π／ｎ（パイをｎで割る）ラジアンで物体が回転して物体又は物体の関係する部位の外見が不変ならば、物体又は物体の一部は対称軸を中心としてｎ回回転対称を有すると言える。

Claims (18)

1. ストライクチップと、
   ホルダと、
   前記ストライクチップを前記ホルダに連結するための可逆的取り付け機構とを含んでなり、前記ストライクチップが多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料を含んでなり、前記多結晶ダイヤモンド材料の境界が先端部を含むストライク面であり、前記先端部は前記先端部及び前記先端部の反対側にあるストライクチップの遠位端を通って延びる、先端部を通る対称軸に対して平行な縦断面における曲率半径を規定し、前記曲率半径は１ｍｍ〜６ｍｍであり、
   前記ストライクチップを前記ホルダに、前記ホルダに対して互いに対向する２つの方向で非可動的に連結できるように構成され、前記方向が前記対称軸を中心としたものであり、前記取り付け機構が、前記対向する方向が前記対称軸の直径方向両側にある一対の対向する方向に限定され、また前記ストライクチップがホルダアセンブリに、２つの互いに対向する方向のいずれか及びこれら２つの互いに対向する方向だけで連結されるように構成される、路面切削又は採鉱のためのピックツールアセンブリ。
2. 駆動装置を含んでなり、
   ホルダ及び前記駆動装置がそれぞれ、前記ホルダを前記駆動装置に非可動的に連結できるように協調的に構成されたそれぞれの連結機構を含んでなる、請求項１に記載のピックツールアセンブリ。
3. 前記ストライク面が少なくとも部分的に前記先端部を取り囲む円錐面を含む、請求項１または２に記載のピックツールアセンブリ。
4. 前記先端部が丸みをつけた細長い隆起の形態である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
5. 前記ストライク面が、前記先端部から延びる、少なくとも一対の対向する平坦な面領域を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
6. ストライクアセンブリとホルダアセンブリとを含んでなり、前記ストライクアセンブリが前記ストライクチップと連結部材とを含んでなり、前記ホルダアセンブリが前記連結部材を収めるためのホルダ部材と前記連結部材を前記ホルダ部材に可逆的に固定するための固定部材とを含んでなり、前記取り付け機構が前記連結部材と、前記ホルダ部材と前記固定部材とを含んでなり、前記ストライクチップを前記ホルダ部材に互いに対向する複数の方向で非可動的に連結するために協調的に構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
7. 前記連結部材を前記ホルダ部材に設けられたボアに挿入することができ、前記連結部材及び前記ホルダ部材が、前記連結部材を前記ボアに収めることができ且つ前記固定部材を前記連結部材に可逆的に係合させることができ、作動させると前記連結部材を前記ボア内で固定及び解放するように協調的に構成される、請求項６に記載のピックツールアセンブリ。
8. 前記連結部材が前記ボア内で、前記ホルダに対する複数の互いに対向する方向の１つではない方向を向く場合に、使用時に前記連結部材が前記ボア内で回転するのを防止するのに十分な力で前記固定部材が前記連結部材と係合しないように前記連結部材を構成し、前記方向が前記連結部材の長手方向対称軸を中心とし、少なくとも約１６０°方位角方向に離れている、請求項６又は７に記載のピックツールアセンブリ。
9. 前記連結部材が円柱状側面を含んでなり、前記ホルダ部材が前記連結部材を収めるためのボアを含んでなり、前記連結部材が前記側面の両側に一対の係合面を含んでなり、前記連結部材及び前記ホルダアセンブリが、前記連結部材を前記ボアに挿入すると前記固定部材が前記係合面のいずれかに突き当たって前記連結部材を前記ボア内で固定できるように協調的に構成される、請求項６〜８のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
10. 前記固定部材が、前記ホルダ部材に設けられたネジ付き開口部に収まる止めネジを含んでなる、請求項６〜９のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
11. 前記ストライクアセンブリが中間ホルダと支持体とを含んでなり、前記支持体が、前記ストライクチップを接合できる前記支持体の端部から離れる方向に延びるシャフトを含んでなり、前記中間ホルダが前記シャフトを収めるためのボアを含んでなり且つ前記連結部材を含んでなり、前記シャフト及び前記ボアが、前記シャフトを締まり嵌めにより前記ボア内で固定できるように協調的に構成される、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
12. 前記支持体及び前記中間ホルダを、前記支持体が使用時に前記中間ホルダの外面領域を遮蔽するように構成される、請求項１１に記載のピックツールアセンブリ。
13. 前記支持体がヘッド部を含んでなり、前記ヘッド部からは前記シャフトが延び、前記シャフトを前記中間ホルダの前記ボアに挿入すると前記ボアを取り囲む前記中間ホルダの近位端面に前記ヘッド部が接するように構成される、請求項１１又は１２に記載のピックツールアセンブリ。
14. 前記ヘッド部が、前記ストライクチップを取り付ける平坦な端面から離れる方向に延びる円錐状側面と、前記円錐状側面とは反対側のベース面とを含んでなり、前記ベース面が、前記支持体の前記シャフトを前記中間ホルダの前記ボアに挿入した際に前記中間ホルダの外面領域上に広がる、請求項１３に記載のピックツールアセンブリ。
15. 前記支持体が、少なくとも約９０ＨＲａのロックウェル硬さ（ロックウェル硬さスケールＡ）及び少なくとも約２，５００ＭＰａ（メガパスカル）の抗折力を有する超硬炭化タングステン材料を含んでなる、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
16. 前記支持体が、少なくとも約７Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）、最大で約１１Ｇ．ｃｍ^３／ｇ（１グラムあたりの、ガウスに立方センチメートルを掛けた数値）の磁気飽和及び少なくとも約９ｋＡ／ｍ（１メートルあたりのキロアンペア数）、最大で約１４ｋＡ／ｍ（１メートルあたりのキロアンペア数）の飽和保磁力を有する超硬炭化タングステン材料を含んでなる、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリ。
17. ピックツールアセンブリを、ストライク構造体がホルダアセンブリに対して第１方向で配置される組み立てた状態で用意し、
    前記ストライク構造体を道路舗装面または岩石層を含んでなる物体又は複数の物体に繰り返し打ち付けることで前記物体を断片化し、
    前記ストライク構造体が前記ホルダアセンブリに対して第２方向で配置されるように前記ストライク構造体の方向を変え、前記第１および第２方向が反対方向であり、 前記ストライク構造体を前記物体又は複数の物体に繰り返し打ち付けることで前記物体をさらに断片化することを含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のピックツールアセンブリの使用方法。
18. 前記ストライク構造体が前記第１方向にある時に前記ストライク構造体を前記物体に第１打ち付け回数にわたって打ち付け、前記ストライク構造体が前記第２方向にある時に前記ストライク構造体を前記物体に第２打ち付け回数にわたって打ち付けることを含み、前記第２打ち付け回数が前記第１打ち付け回数の少なくとも約５０％である、請求項１７に記載の方法。

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