Fixing method of carbide tool and hard chip

本発明は、さく孔ビットや打撃工具等、超硬合金やセラミック等のチップ（以下、「硬質チップ」という）を取り付けた工具（以下、「超硬工具」という）における硬質チップの固定方法に関するものである。

さく孔ビットや石工に用いられる表面仕上げ用工具等は、鋼製の台金に硬質（超硬チップが一般的である）を植設したものが多い。 この硬質チップの取り付け方法として、最も一般的なものは、台金に硬質チップが嵌合するチップ穴を穿設し、該チップ穴に硬質チップを嵌合してロウ付けする方法や、焼き嵌め法である。

しかしながら、上記ロウ付け法や焼き嵌め法で硬質チップを固定した工具は、加工対象物が高温の場合は、工具自体が高温に加熱されるため、硬質チップが熱応力で損傷したり、脱落したりするという問題点があった。 例えば、溶鉱炉の出銑孔は、溶解した銑鉄の出銑が終わった時に再度閉塞して次の溶解作業に移行するが、この出銑孔の開口や、閉塞時における開口部の平坦化（閉塞用のマッドガンの先端部が出銑孔開口周縁部に密着するように平坦化する必要がある）をビットで行う場合は、炉壁が高温であるから、硬質チップをロウ付けしたビットや焼き嵌めしたビットを使用すると、超硬チップがすぐに脱落するという問題点がある。

掘削工具において、チップが脱落しにくい固定方法として、特許文献１に開示されているような方法が知られている。 この方法は、チップの基端部の側面に凹凸形状を形成し、この側面を覆うように溶接する方法である。

特開２００３−２１４０８０号公報

上記特許文献１に記載の方法は、チップの外周面を覆うように直接溶接するものであるから、チップは一応強固に保持されると考えられるが、材質的に脆い超硬チップの場合は、熱衝撃等の影響でクラックが発生するおそれがあり、実用的に問題がある。 この方法以外にも、いくつかの方法が考えられているが、現在のところ、高温での使用に耐える超硬チップ等の実用的な固定方法はいまだ確立されていない。 そこで本発明は、高温での使用に際しても、超硬チップ等の硬質チップを強固に保持することができ、脱落等が生じにくい固定方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記課題を解決するため、次のような固定方法を提供する。 すなわち、請求項１に記載の超硬工具は、鋼製の台金に設けた雌ねじ付きチップ穴に硬質チップをはめ込み、その上から前記チップ穴の雌ねじに螺合する雄ねじを備えた押えリングを螺着して硬質チップを押圧固定したことを特徴としている。 また、請求項２に記載の硬質チップの固定方法は、鋼製の台金の適所に硬質チップの外径よりも大径のチップ穴を設けて、該チップ穴の内周部に雌ねじを形成し、先端部の径が小さく基部側の径が次第に大きくなる傾斜外周面を有する硬質チップを前記チップ穴に嵌め込むとともに、外周部に前記チップ穴の雌ねじに螺合する雄ねじが形成され、内周部に前記硬質チップの外周に密着する通孔が形成された押えリングを、その通孔に前記硬質チップ挿通した状態で前記チップ穴の雌ねじに螺合して硬質チップを押え付けることにより、硬質チップを台金のねじ穴内部に固定することを特徴としている。 この固定方法においては、請求項３に記載のように、前記押えリングの内面を、硬質チップの外周面に密着するように、下側が広く上側が狭い傾斜面としておくのが好ましい。 また、請求項４に記載の硬質チップの固定方法は、鋼製の台金の適所に硬質チップの外径よりも大径のチップ穴を設けて、該チップ穴の内周部に雌ねじを形成し、底部に外周方向に張出するフランジを一体形成した硬質チップを前記チップ穴に嵌め込むとともに、外周部に前記チップ穴の雌ねじに螺合する雄ねじが形成された押えリングを、その通孔に前記硬質チップ挿通した状態で前記チップ穴の雌ねじに螺合して硬質チップのフランジを押え付けることにより、硬質チップを台金のねじ穴内部に固定することを特徴としている。

本発明に係る超硬工具は、硬質チップをねじ付きの押えリングでチップ穴の内部に機械的に押圧固定しているので、溶鉱炉の出銑口開口等の高温状態での使用が可能となる。 また、本発明に係る硬質チップの固定法によれば、硬質チップが台金に設けたチップ穴に嵌合した状態で、その上から押えリングによって押え付けられ、しかも当該押えリングはチップ穴の内周部の雌ねじに螺合して固着されているので、硬質チップが強固に保持される。 この固定方法では、固定のために硬質チップを高温に加熱しないので、硬質チップにクラック等が発生しない。 また、ロウ材を使用せず、熱膨張を利用する焼き嵌め法とも異なるので、使用中に高温にさらされてもチップの脱落の心配がない。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。 図１は本発明にかかる超項工具を例示するもので、鋼製の台金１の頭部に設けたチップ穴２に硬質チップ３（この場合は超硬チップ）の基部が嵌合している。 チップ３の底面はチップ穴２の底面７に密着している。

硬質チップ３は、図2に示すように、頭部３ａと胴部３ｂと基部３ｃとで構成され、頭部３ａは先端部の径が小さく、胴部側の径が大きい概略砲弾型に形成されている。 胴部３ｂは径が均一な円柱状であり、基部３ｃは胴部側の径が小さく、基部側の径が次第に大きくなる断面円錐状の傾斜面として形成されている。

台金１のチップ穴２の内径は、硬質チップ３の基部の最大部の外径よりも大きく、チップ穴内壁面とチップ外周面との間には適度の隙間４が保たれている。 チップ穴２の内周部には雌ねじ２ａが形成されている。

押えリング５は、中央部に硬質チップ３の上下中間部が嵌合する嵌合穴６が形成されている。 この嵌合穴６の内周面は、チップ３の基部３ｃの傾斜外周面と密着するように、上が狭く下が広いラッパ状の傾斜面として形成されている。 また、押えリング５の外周部にはチップ穴２の雌ねじ２ａと螺合する雄ねじ５ａが形成されている。 なお、押えリング５は、台金のチップ穴２の雌ねじに螺合するものであるから、その上部にスパナ等の工具をかけるためのレンチフラット、係合用ピン穴等の係合手段を設けておくのが好ましい。

この台金１に硬質チップ３を固定する場合は、まず、硬質チップ３をチップ穴２の中央部に嵌め込み、その上から押えリング５を被せて、硬質チップ３を嵌合穴６に嵌合する。 この状態で、押えリング５が硬質チップ３に密着するまで、チップ穴２の雌ねじに螺合する。 図示例では、押えリング５の嵌合穴６の内周面は、硬質チップ３の基部の傾斜面と密着する傾斜面として形成されているので、内周面が硬質チップの外周面と密着した押えリング５はチップ穴２の底面７まで達せず、該底面と押え板５の下面との間に空間部が形成される。 このため、チップ３は押え板５によって押えられ固定されるのである。 特に、図６、図７の図示例では、チップ３の外周面が円錐状の傾斜面として形成され、押え板５の内周面は、チップの外周面に適合するラッパ状の傾斜面として形成されているので、押え板５の嵌合穴内周面とチップ外周面とが密着し、チップを強固に固定することができる。

図３乃至図５は、台金１を表すもので、この台金１は鋼材で作られており、４個のカッティングウイング１ａを含む上面（先端面）に複数のチップ穴２とフラッシングホール８とが設けられ、側面にもフラッシングホール９が設けられている。 図中の２０はさく孔ロッドに取り付けるためのねじ穴である。 図６は上記台金１に硬質チップ３を固着した完成状態を表わすビットの外観を表している。

図示例では、硬質チップ3を固定した押えリング５の上面は、台金１の表面から若干突出しているが、台金1の表面とほぼ同一面となるように設計することもできる。 出銑孔の開口に使用するビットは、１回の使用で開口時の高熱により硬質チップが損傷するため、多くの場合、使い捨てされる。 したがって、硬質チップの固定方法としては、使用に耐える程度に強固に固定できるものであれば、外観等は問題とはならない。

次に、図７．８は上記と若干異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、硬質チップ３の基部にフランジ３１が一体に形成されている。 このフランジ３１は、外径がチップ穴２の内径とほぼ同じで、高さは数ミリメートルであり、その上に押えリング５が螺着され、押えリング５の下面が前記フランジ３１の上面に密着している。 このように、硬質チップ３と一体のフランジ３１を押えリング５で押え付けるので、硬質チップ３の固定がより確実である。

次に、図９，１０は上記干異なる参考例を表すもので、この参考例では、硬質チップ１３の基部外周部に雄ねじ１４が直接設けられている。 この硬質チップ１３を雌ねじの切られたチップ穴２に直接螺合する。 すなわち、硬質チップ１３を台金１に直接螺着するのである。 部品を基材に螺着することは通常行われているが、硬質チップは一般に脆いため、ねじによる固着は行われていなかった。 しかしながら、出銑孔の開口に使用する工具は１回の使用で使い捨てされることが多いので、このようなねじ式の固着方法を採用することができるのである。 このように、硬質チップ自体に雄ねじを形成してもよいが、この種の硬質チップにねじ部を形成するのは一般に難しいので、上記実施形態のように、押えリング５で押え付けるのが実用上好ましい。

以上に説明したように、本発明の硬質チップ固定方法によれば、超硬チップ等の硬質チップを鋼製の台金に機械的に強固に固定することができ、高温の対象物に対して使用する場合も、チップが脱落しにくいものとなっている。 また、固定に際して、チップ自体に熱衝撃が加わらないので、脆い材質の超硬チップでも確実に固定することができる。

本発明の超硬工具における硬質チップの固定方法は、鋼製の台金に硬質チップを無理なく強固に固定することができ、高熱を受ける用途に使用する超硬工具のチップ固定法として利用することができる。

本発明の固定方法を表す断面図である。

その手順を表す断面図である。

台金の平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。

台金の２種のチップ穴を左右に分けて表す断面図である。

台金の縦断面図である。

出銑孔開口用ビットの平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。

上記と異なる実施形態を表す断面図である。

その固着状態の断面図である。

実施形態とは異なる参考例を表す図である。

その固着状態の断面図である。

１ 台金 ２ チップ穴 ３ 硬質チップ ５ 押えリング１３ 硬質チップ３１ フランジ
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