JP6228123B2 - チップおよびアダプタを備えた地面係合器具のツメ組立体 - Google Patents

チップおよびアダプタを備えた地面係合器具のツメ組立体 Download PDF

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Description

本開示は概して、地面係合工具を備えた土工機械に関し、特に、そのような地面係合工具の前縁部または底板縁部に装着される交換式チップおよびアダプタを備えたツメ組立体に関する。
当該技術分野で知られている土工機械は、地面または岩を掘削し、解された被掘削物質を、作業現場で１つの場所から別の場所へ移動するために使用されている。これら機械および装備は一般に、エンジンを収容しかつ後輪、履帯またはエンジンによって駆動される類似の構成要素を有するボディ部分と、操作者用の高所キャブを含む。これら機械および装備はさらに、機械の１つまたは複数の器具を操作するための、関節式機械式アーム、またはＺ型リンク機構などの他の種類のリンク機構を含む。リンク機構は、地面または他の被掘削物質と所望の方法で係合するために、器具を上昇および下降させること、および器具を回転させることが可能である。土工用途において、機械または他の装備の用具は、土または他の種類の被掘削物質を移動するまたは掘るための、底板縁部に斜縁または刃が設けられたバケットである。
土工作業を促進するために、および器具の耐用年数を延ばすために、複数のツメ組立体が、器具の底板縁部に沿って間隔を空けて配置され、器具の表面に装着されている。ツメ組立体は、被掘削物質との第１の接点および貫入点として、および底板縁部の摩耗量を低減するために、底板縁部から前方に突き出ている。この構成により、ツメ組立体は、被掘削物質との繰り返される係合によって引き起こされる摩耗と破損にさらされる。最終的にツメ組立体は交換する必要があるが、器具はツメ組立体を交換する多数回のサイクルを経てなお使用可能である。装備に対する様々な用途および被掘削物質に応じて、ツメ組立体の型または形状を、器具を最も効率よく利用するために変えることも望まれ得る。
多くの実行において、ツメ組立体を二部品システムとして提供することによって、ツメ組立体の取付けおよび交換を容易にすることができる。このシステムは、器具の底板縁部に装着されるアダプタと、アダプタに装着されるように構成される地面係合チップと、使用中チップをアダプタに固定する保持機構とを含み得る。アダプタを、底板縁部に溶接、ボルト締め、またはその他の方法で固定することができ、その後、チップをアダプタに装着し、保持機構で適所に保持することができる。チップは、被掘削物質との係合によって発生する衝撃および摩擦の大部分に耐え、アダプタよりも速く摩滅し、頻繁に破損する。結果として、多数のチップがアダプタに装着され、摩滅し、アダプタ自体を交換する必要に迫られる前に交換され得る。最終的に、アダプタが摩滅して、器具の底板縁部が摩滅する前に交換を必要とし得る。
掘削用ツメ組立体の一例は、Ｆｅｌｌｎｅｒに付与された（特許文献１）に示され、記載されている。このバケット用の掘削用ツメは、交差して前方切刃を形成する凹状上面と凸状底面とを有する。側壁はその２つの面を接続し、型板形状を有する凹状である。ツメの後部には、掘削用ツメをバケットに取り付けるための取付組立体が設けられる。底面は前方切刃から後部まで連続的に分岐し、その一方、上面は最初に集束し、その後前方切刃から後部まで分岐する。後部は、シャンク受入れキャビティを含み、シャンク受入れキャビティは、横から見たときキャビティに三角形状またはくさび形状を与えるようにキャビティがツメの中を前方に延びるにつれて集束する上壁と底壁とを有する。
ローダバケットのツメの一例は、Ｆｅｌｌｎｅｒに付与された（特許文献２）に提供されている。ローラバケットの掘削用ツメは、凹状構造を有する上面と、平坦前部および凸状後部を有する底面とを含む。平坦前部および上面は交差して前方切刃を形成する。側壁は２つの面を接続し、すき先形状を有する凹状である。ツメの後部には、バケットに取り付けるための取付組立体が設けられている。底面は前方切刃から後部まで連続的に分岐し、その一方、上面は最初に集束し、その後前方切刃から後部まで分岐する。後部は、シャンク受入れキャビティを含み、シャンク受入れキャビティは、内側に延びる底壁と、底壁に対して略平行に延びる第１部分、および底壁に向かって傾けられ、丸められた前部まで延びる第２部分を有する上面とを有する。
Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎに付与された（特許文献３）は、ディッパーボディーの前縁部に装着されるアダプタと、アダプタに装着されるチップとを有する掘削機のツメの一例を提供する。チップは比較的鋭い点に集束する上面および下面を含み、チップは対称的な水平面を有している。アダプタの上面および下面は、窪んだ中心面を有し、上側中心面は対称面から上方に分岐し、アダプタの前面に丸くなる前面を有している。チップの内側は対応する平面を有し、対応する平面は、アダプタの中心面で受けられ、前面に近づくにつれて対称面から分岐する前面を含み、チップの前面の１つは、部品が適切に組み立てられるとき、アダプタの前面と当接する。
考察したような器具は、異なる作業条件を有する様々な用途で使用することができる。積込み用途において、ホイールローダまたは履帯式ローダの前部に取り付けられたバケットは、積込み機械が前方に駆動されるとき、地面に沿って擦れ、地面または被掘削物質の山を掘り進む底面および底板縁部を有する。バケットが被掘削物質の山に入るときツメ組立体にかかる力によりチップが押し込まれ、対応アダプタと係合する。次にバケットは、被掘削物質の積込み物とともに持ち上げられて棚状にされ、そしてローダが移動し、別の場所で被掘削物質を放出する。バケットが被掘削物質を通して持ち上げられるとき、ツメ組立体に対して力が下方にかけられる。擦り付け、および被掘削物質との係合の組み合わせにより、および底面が被掘削物質とより頻繁に係合するせいで典型的により速く摩耗する他のタイプの底側摩耗用途において、チップの摩耗材は、チップの前部から、ならびにチップおよびアダプタの底面から摩滅する。チップの前部における摩耗材の減損により、最初は鋭いチップの前端部は、手を延びた指を持つ状態から閉じた拳を持つ状態に変えるのと同様、丸くて切れ味の鈍い表面へと変わる。摩滅した形状は、ローダが前方に移動するときの被掘削物質の掘削において効率が落ちるが、チップは交換前、当面は器具で使用するのに十分な摩耗材をなおも有している可能性がある。
掘削機用途、および上面が被掘削物質とより頻繁に係合するせいで典型的により速く摩耗する他のタイプの上側摩耗用途において、バケットは、上記の積込み用途など、底側摩耗用途と異なる角度で地面または被掘削物質と係合し、その中を通り、従って、ツメ組立体の摩耗材を異なる態様で摩滅させる。バックホウなどの掘削機装置は、最初に、底板縁部およびツメ組立体が被掘削物質の面に対してほぼ垂直に向けられた状態で被掘削物質と係合し、そして下方移動により被掘削物質に全体的に入る。被掘削物質への初期貫入後、機械式アームが、バケットを掘削機に向かって後方に引き、バケットを内側に回転させ、被掘削物質をバケット内にすくうことによって、さらに被掘削物質を破砕し、被掘削物質の積込み物をバケット内に集める。力がチップを押してアダプタと係合するように作用する下方貫入動作の間、バケットの複雑な動きによりツメ組立体のチップに摩耗が生じる。初期貫入後、被掘削物質を破砕し、器具に積み込み始めるため、バケットは機械の方に引かれ、すくうための移動においてさらに回転させられる。この動作の間、力は最初に、ツメ組立体の上面に対して最初にほとんど垂直な方向に作用し、そして被掘削物質は、ツメの上面に摩耗を引き起こしながらツメの上側の上および周りを通過する。器具がさらに回転し、被掘削物質中を引かれるとき、力および被掘削物質は再びツメの上側に作用し、チップに摩耗を引き起こす。ローダのツメ組立体と同様、掘削機のツメ組立体は、被掘削物質に繰り返し進入した後、効率の落ちる形状に摩滅するが、交換することなく連続して使用するのに十分な摩耗材をなおも保持している可能性がある。この点において、チップが最終的に交換する必要に迫られるまで、摩耗材がチップから摩滅しチップを再成形するにつれてチップがより効率的に被掘削物質を掘削するように摩耗材を配分するローダおよび掘削機器具用の改善されたツメ組立体の設計に対する必要性が存在する。
米国特許第４，９４９，４８１号明細書 米国特許第５，０１８，２８３号明細書 米国特許第２，９８２，０３５号明細書
本開示の一態様において、本発明は、地面係合器具の切刃用のツメ組立体の地面係合チップを対象とし、ツメ組立体は、地面係合器具の底板縁部に装着するように構成されかつ前方に延びるアダプタ突出部を有するアダプタを含む。地面係合チップは、後縁部と、上側外面と、底側外面とを含み得、上側外面および底側外面は後縁部から前方に延び、前縁部で集束し、地面係合チップはさらに、底側外面から上側外面まで上方に延びる反対側に配置された横外面を含み得る。地面係合チップはさらに、後縁部から地面係合チップの内側に延びかつアダプタ突出部をその中に受け入れるようにアダプタのアダプタ突出部と相補的な形状を有する突出部キャビティを地面係合チップ内に画定する内面と、一対の逃げ部（ｒｅｌｉｅｆ）とを含み得、各逃げ部は、横外面の対応する一方から地面係合チップの内側に延び、各逃げ部は前縁部に近接して配置される。
本開示の別の態様において、本発明は、地面係合器具の切刃用のツメ組立体の地面係合チップを対象とし、ツメ組立体は、地面係合器具の底板縁部に装着するように構成されかつ前方に延びるアダプタ突出部を有するアダプタを含む。地面係合チップは、後縁部と、上側外面と、底側外面とを含み得、上側外面および底側外面は後縁部から前方に延び、前方の前縁部で集束し、地面係合チップはさらに、底側外面から上側外面まで上方に延びる反対側に配置された横外面と、後縁部から地面係合チップの内側に延びかつアダプタ突出部をその中に受け入れるようにアダプタのアダプタ突出部と相補的な形状を有する突出部キャビティを地面係合チップ内に画定する内面とを含み得る。内面は、底側内面と、前方内面と、上側内面とを含み得、上側内面は、前方内面に近接した第１支持部と、地面係合チップの後縁部に近接した第２支持部と、第１支持部および第２支持部の間に延びる中間部とを有し、第１支持部と底側内面との間の距離は第２支持部と底側内面との間の距離未満であり、内面はさらに、底側内面から上側内面まで上方に延びる反対側に配置された横内面を含み得る。
本開示の別の態様において、本発明は、地面係合器具の切刃用のツメ組立体の地面係合チップを対象とし、ツメ組立体は、地面係合器具の底板縁部に装着するように構成されかつ前方に延びるアダプタ突出部を有するアダプタを含む。地面係合チップは、後縁部と、上側外面と、底側外面とを含み得、上側外面および底側外面は後縁部から前方に延び、前縁部で集束し、地面係合チップはさらに、底側外面から上側外面まで上方に延びる反対側に配置された横外面であって、横外面が底側外面から上側外面の方に上方へ延びるにつれて横外面間の距離が減少するようにテーパを付けられた横外面と、後縁部から地面係合チップの内側に延びかつアダプタ突出部をその中に受け入れるようにアダプタのアダプタ突出部と相補的な形状を有する突出部キャビティを地面係合チップ内に画定する内面とを含み得る。
本開示のさらに別の態様において、本発明は、地面係合器具の切刃用のツメ組立体のアダプタを対象とする。アダプタは、後方に延びる上側ストラップと、後方に延びる底側ストラップと、前方に延びるアダプタ突出部とを含み得、上側ストラップと底側ストラップが地面係合器具の切刃を受け入れるためにそれらの間に間隙を画定する。アダプタ突出部は、底面と、前面と、上面とを含み得、上面は、前面に近接した第１支持面と、上側ストラップおよび下側ストラップに近接した第２支持面と、第１支持面および第２支持面の間に延びる中間面を有し、第１支持面と底面との間の距離は第２支持面と底面との間の距離未満であり、アダプタ突出部はさらに、底面から上面まで上方に延びる反対側に配置された側面を含み得る。
本開示のさらに別の態様において、本発明は、アダプタと地面係合チップとを含み得る、地面係合器具の切刃用の地面係合ツメ組立体を対象とする。アダプタは、後方に延びる上側ストラップと、後方に延びる底側ストラップと、前方に延びるアダプタ突出部とを含み得、上側ストラップと底側ストラップが地面係合器具の切刃を受け入れるためにそれらの間に間隙を画定する。アダプタ突出部は、底面と、前面と、上面とを含み得、上面は、前面に近接した第１支持面と、上側ストラップおよび下側ストラップに近接した第２支持面と、第１支持面および第２支持面の間に延びる中間面を有し、第１支持面と底面との間の距離は第２支持面と底面との間の距離未満であり、アダプタ突出部はさらに、底面から上面まで上方に延びる反対側に配置された側面を含み得る。地面係合チップは、後縁部と、上側外面と、底側外面とを含み得、上側外面および底側外面は後縁部から前方に延び、前方の前縁部で集束し、地面係合チップはさらに、底側外面から上側外面まで上方に延びる反対側に配置された横外面と、後縁部から地面係合チップの内側に延びかつアダプタ突出部をその中に受け入れるようにアダプタのアダプタ突出部と相補的な形状を有する突出部キャビティを地面係合チップ内に画定する内面とを含み得る。
本発明のさらなる態様は、本特許の請求項によって定義される。
底板縁部に装着される本開示によるツメ組立体を有するローダバケットの等角図である。 底板縁部に装着される本開示によるツメ組立体を有する掘削機バケットの等角図である。 本開示によるツメ組立体の等角図である。 図３のツメ組立体の側面図である。 図３のツメ組立体のアダプタの等角図である。 器具の底板縁部に装着される図５のアダプタの側面図である。 図５のアダプタの上面図である。 図５のアダプタの底面図である。 図７の線９−９で取られた図５のアダプタの断面図である。 図３のツメ組立体のチップの等角図である。 図１０のチップの側面図である。 図１０のチップの上面図である。 図１０のチップの底面図である。 図１０のチップの前面図である。 図１１の線１５−１５で取られた図１０のチップの断面図である。 図１０のチップの後面図である。 図１６の線１７−１７で取られた図１０のチップの断面図である。 本開示によるツメ組立体のチップの代替実施形態の等角図である。 図１８のチップの上面図である。 図１８のチップの前側面図である。 図１８のチップの左側面図である。 本開示によるツメ組立体のチップの別の代替実施形態の等角図である。 図２２のチップの上面図である。 図２２のチップの前面図である。 図２２のチップの左側面図である。 線２６−２６で取られた図３のツメ組立体の断面図であり、図１７に示されるようなチップが図６のアダプタに取り付けられている。 図２６のツメ組立体の断面図であり、保持機構内の許容差によりチップが前方に移動されている。 図２６のツメ組立体の断面図であり、切断線が取り除かれ、器具が被掘削物質の山を掘り進むときツメ組立体にかかる力を示している。 図２８のツメ組立体の断面図であり、ツメ組立体および器具が部分的に上に向けられ、器具が被掘削物質の山を通して上に持ち上げられるときツメ組立体にかかる力を示している。 アダプタの突出部およびチップの突出部キャビティ表面に作用する力を示す図２９のツメ組立体の拡大図である。 線３１−３１で取られた図４のツメ組立体の断面図である。 線３２−３２で取られた図４のツメ組立体の断面図である。 線３３−３３で取られた図４のツメ組立体の断面図である。 図３のツメ組立体の底面図であり、図３３に示される切削面に対してチップの前部および底部で摩耗材が摩滅されている。 線３４−３４で取られた図４のツメ組立体の断面図である。 線３５−３５で取られた図４のツメ組立体の断面図である。 線３６−３６で取られた図４のツメ組立体の断面図である。
以下の文は本発明の多数の異なる実施形態の詳細な説明を記載するが、本発明の法的な範囲は請求項の用語によって定義されると理解すべきである。詳細な説明は単に例示として解釈されるべきであり、本発明の可能な実施形態の全てを記載するわけではない。今現在ある技術または本特許の出願日以後に開発された技術を用いて、本発明を定義する請求項の範囲内に依然としてあるであろう多数の代替実施形態が実行されてもよい。
また、用語は、本特許内で「本明細書で使用する際、用語「○○」は〜を意味するように本明細書により定義される」という文、または類似の文を用いて明示的に定義されない限り、その用語の意味を、その平易なまたは一般的な意味を超えて、明示的におよび暗示によって、制限する意図はなく、そのような用語は、請求項の言葉以外の本特許のいずれかの節で作成されたいずれかの記述に基づく範囲に制限されるように解釈されるべきではないと理解すべきである。本特許の最後において請求項で記載されるどの用語も単一の意味と一致するように本特許で言及される限りにおいて、それは読者を混乱させないように単に明確さのためになされ、そのような請求項の用語を、暗示およびその他によって、その単一の意味に制限するつもりはない。最後に、請求項の要素は、構造の記述なしに用語「手段」および機能を記載することによって定義されない限り、いかなる請求項の要素の範囲も、米国特許法第１１２条第６段落の適用に基づいて解釈されることは意図されない。
ここで図１を参照すると、本開示の特徴部を組み込んだローダバケット組立体１の形態にある、ローダ機械などの、底側摩耗用途向け器具が示されている。ローダバケット組立体１は、図１に部分的に示されたバケット２を含む。バケット２は、公知の方法で物質を掘るために、ローダ機械で使用される。バケット組立体１０は、反対側に配置された一対の支持アーム３を含むことができ、その上に、対応する隅部ガード４を取り付けることができる。バケット組立体１０は、さらに、本開示によるツメ組立体１０の間に置かれた多数の縁部保護装置組立体５を含むことができ、縁部保護装置組立体５とツメ組立体はバケット２の底板縁部１８に沿って固定されている。図２は、掘削機バケット組立体６の形態にある、掘削機などの、上側摩耗用途向け器具を示す。掘削機バケット組立体６は掘削機バケット７を含み、バケット７は、両側に接続された隅部ガード４と、バケット７の底板縁部１８にわたり装着された複数のツメ組立体１０とを有する。底側摩耗および上側摩耗用途に実装できるツメ組立体の様々な実施形態が、本明細書に記載される。特定のツメ組立体または構成要素の実施形態が、特定の底側摩耗または上側摩耗用途に関して記載され得る場合でも、ツメ組立体は特定の用途の種類に限定されず、また、様々な用途の器具間で交換可能であり得、およびそのような互換性は本開示によるツメ組立体の発明者らによって企図されていることを当業者は理解するであろう。
図３および４は、土工器具で有用であり得る本開示によるツメ組立体１０の実施形態を示し、下側摩耗用途における特定の用途を有する。だがツメ組立体１０は、他の種類の底板縁部１８を有する地面係合工具で使用することができる。ツメ組立体１０は、器具１、６（それぞれ図１および２）の底板縁部１８に取り付けるように構成されたアダプタ１２と、アダプタ１２に取り付けるように構成されたチップ１４とを含む。ツメ組立体１０はさらに、チップ１４をアダプタ１２に固定する保持機構（不図示）を含む。保持機構は、チップ１４の側部を貫通する保持開口部１６など、アダプタ１２とチップ１４の側面を利用できるが、当業者であれば、多数の代替保持機構を本開示によるツメ組立体１０に実装可能であり、ツメ組立体１０は特定の保持機構に限定されないことを理解するであろう。図４に示されるように、一度アダプタ１２に取り付けられると、チップ１４は、被掘削物質（不図示）との初期係合のために、器具１、６の底板縁部１８から外方へ延び得る。
下側摩耗用途向けアダプタ（図５〜９）
アダプタ１２の実施形態が図５〜９により詳しく示されている。図５を参照すると、アダプタ１２は、上側ストラップ２０と底側ストラップ２２とを有する後部１９と、中間部分２４と、ブラケットによって示されるようなアダプタ１２の前または前方位置に配置された突出部２６とを含み得る。上側ストラップ２０および底側ストラップ２２は、図６に示されるようにそれらの間に、器具１、６の底板縁部１８を受け入れるための間隙２８を画定し得る。上側ストラップ２０は、底板縁部１８の上面３２に面しかつそれに隣接して配置される底面３０を有し得、および底側ストラップ２２は、底板縁部１８の底面３６に面し、かつそれと係合する上面３４を有し得る。
アダプタ１２は、当業者に公知の任意の接続方法または機構を用いて、上側ストラップ２０および底側ストラップ２２を底板縁部１８に取り付けることによって、器具１、６の底板縁部１８に適所で固定することができる。一実施形態では、ストラップ２０、２２および底板縁部１８は対応開口部（不図示）を有してもよく、開口部にボルトまたはリベットなどの締結具（不図示）を挿入してアダプタ１２を適所に保持することができる。あるいは、上側および底側ストラップ２０、２２を底板縁部１８の対応する上面および底面３２、３６に溶接して、アダプタ１２および底板縁部１８を使用中互いに動かないようにすることができる。底板縁部１８の金属の強度に対する上面および底面溶接部の衝撃を低減するために、ストラップ２０、２２は、底板縁部１８の上面３２および底面３６に形成される溶接部の重なりを最小化するように異なる形状で構成することができる。図７および８で分かるように、上側ストラップ２０の外縁部３８は、底側ストラップ２２の外縁部４０と異なる形状を有してもよく、その結果、上側ストラップ２０は一般的に底側ストラップ２２より短くて幅広になり得る。強度を維持する利点に加えて、底側ストラップ２２の追加の長さにより、上側摩耗用途においてより多量の摩擦が発生する器具１、６の底板縁部１８の底面３６に追加の摩耗材も提供され得る。
当業者であれば、上に示し、記載した上側および底側ストラップ２０、２２の代替構造として、アダプタ１２の他の接続構造を設けることができることは理解しよう。例えば、アダプタ１２の後部に単一の上側ストラップ２０を設け、底側ストラップ２２は設けず、上側ストラップ２０を底板縁部１８の上面３２に取り付けることができる。反対に、単一の底側ストラップ２２を設け、上側ストラップ２０を設けず、底側ストラップ２２を底板縁部１８の底面３６に取り付けることができる。さらなる代替構造として、単一の中央ストラップをアダプタ１２の後部に設け、中央ストラップを、器具１、６の底板縁部１８の間隙に挿入することができる。さらなる代替的アダプタ取付構造が当業者に明らかであり、本開示によるツメ組立体で使用できるように本発明者らによって企図されている。
図５に戻ると、アダプタ１２の中間部分２４は、ストラップ２０、２２と、アダプタ１２の前端部から外方へ延びる突出部２６との間の移行部を提供する。突出部２６は、以下でより完全に記載するように、チップ１４の対応突出部キャビティ１２０（図１６）によって受け入れられるように構成される。図５および６に示されるように、突出部２６は、底面４２と、上面４４と、反対側にある側面４６、４８と、前面５０とを有し得る。底面４２は概ね平坦であり得、かつ底側ストラップ２２の上面３４に対して、および対応して基部１、６の底面３６に対して、略平行であり得る。さらに、示されるようにストラップ２０の底面３０または底側ストラップ２２の上面３４などのアダプタ１２のストラップ２０、２２の一方の表面と係合する主底板縁部１８によって定められる実質的に長手方向の軸「Ａ」に対して、底面４２は、底側ストラップ２２の上面３４よりアダプタ１２において下に配置され得る。実装に応じて、底面４２は、アダプタ１２が作製されるモールドまたはダイからのアダプタ１２の取り外しと、チップ１４の突出部キャビティ１２０（図１６）内での突出部２６の嵌合とを促すために、長手軸「Ａ」に対して約１°〜３°の範囲のわずかな上向きの抜け勾配を有し得る。
突出部２６の上面４４は、器具１、６の使用中チップ１４を支持しかつ被掘削物質の負荷に耐えるときに突出部２６へのチップ１４の保持を容易にするように構成することができる。上面４４は、前面５０に隣接して配置された第１支持面５２と、第１支持面５２から中間部分２４に向かって後方へ延びる中間傾斜面５４と、中間面５４とアダプタ１２の中間部分２４との交差部との間に配置された第２支持面５６とを含み得る。面５２、５４、５６はそれぞれ、略平坦な構造を有し得るが、互いに角度をつけて方向づけることができる。示される実施形態において、第１支持面５２は、底面４２に対して略平行であり得、また、モールドまたはダイからの取り外しを促すためにわずかな抜け勾配を有し得る。第２支持面５６もまた、底面４２および第１支持面５２に対して略平行に向けられ得る。さらに、長手軸Ａに対して、第２支持面５６は、第１支持面５２よりもアダプタ１２において高い位置に配置され得る。中間面５４が、第１支持面５２の後縁部５２ａと第２支持面５６の移行領域５６ａとの間に延び、中間面５４と底面４２との間の距離は、中間面５４が第２支持面５６に近づくにつれて増す。一実施形態において、中間面５４は、突出部２６の底面４２、底側ストラップ２２の上面３４、および第１および第２支持面５２、５６に対して約３０°の角度αで向けられ得る。中間面５４の傾斜により、突出部２６をチップ１４のキャビティへ挿入することが容易になり、一方で、チップ１４が一度突出部２６に取り付けられると、幅広く平坦な中間面５４によりチップ１４のねじれが制限される。また、第１および第２支持面５２、５６は、以下でより完全に考察されるように、アダプタ１２上でチップ１４の向きを維持するのに役立つ。
突出部２６の側面４６、４８は、概ね平坦であり得、底面４２と上面４４の間を上方へ延び得る。軸「Ｂ」に沿って実質的に同軸に向けられた円筒面５８。軸「Ｂ」は、長手軸「Ａ」に対して略垂直である。円筒面５８は、チップ１４を突出部２６に保持する保持機構（不図示）を受け入れるために、突出部２６および側面４６、４８を通って延び得る。円筒面５８は、チップ１４の保持開口部１６（図３）と位置合わせされるように位置付けられ得る。側面４６、４８は、略平行であり得るか、図７および８に示されるように突出部２６がテーパを付けられるように、中間部分２４から突出部２６の前面５０の方に前方へ延びるにつれて、長手軸「Ａ」に対して平行な線に対して（明確さのため軸「Ａ」と平行な線に対して図７に示されている）約３°の長手方向テーパ角度「ＬＴＡ」で内側に傾けられ得る。図９の断面図で最もよく分かるように、側面４６、４８は傾けられてもよく、その結果、側面４６、４８間の距離は、側面４６、４８が底面４２から上面４４に向かって上方へ延びるにつれて、軸「Ａ」および「Ｂ」に対して垂直に向けられた平行垂直線「ＶＬ」に対して約６°の垂直テーパ角度「ＶＴＡ」で実質的に対称的に減少する。このように構成されるので、突出部２６は、底面４２、上面４４および側面４４、４６によって画定される実質的に逆向きのすなわち反転された要石状の外形６２を有し得、ここで、突出部２６は、上面４４の近くよりも底面４２の近くでより多量の摩耗材を有する。実質的に逆向きの要石状の外形６２は、チップ１４の外形９３、１３１（図１６）と相補的であり得、チップ１４の外形９３、１３１は、底側摩耗用途においてより多量の摩擦が発生するツメ組立体１０の底側に追加的摩耗材を提供し得る。
突出部２６の前面５０は図６で示されるように平坦であり得るか、いくらかの湾曲を含み得る。例示される実施形態で示されるように、前面５０は概ね平坦であり得、および底面４２から上方へ延びるにつれて中間部分２４から離れるように傾けられ得る。一実施形態では、前面５０は、底面４２または底側ストラップ２２の上面３４に垂直な線５０ａに対して約１５°の角度γで前方へ延び得る。前面５０は示されるように傾けられるので、前面５０に対してほぼ垂直に内側に延びかつ円筒面５８を実質的に二等分する基準線６０により角度β１、β２が生じ得、それぞれは、底面４２と基準線６０との間、および上面４４の中間面５４と基準線６０との間に約１５°を計測する。基準線６０はまた、それぞれ底面４２および中間面５４の延長である線６０ｂ、６０ｃの交差点６０ａをほぼ通過し得る。底面４２を基準として使用すると、基準線６０は、底面４２に対して角度β１で向けられ、かつ円筒面５８を二等分し、中間面は、基準線６０に対して角度β２で向けられ、前面５０は基準線６０に対して略垂直である。代替実施形態では、角度β１は、作製中モールドまたはダイからの取外しを容易にするために約１°の抜き勾配を提供すべく約１６°であり得る。同様に、角度αは約１°の抜き勾配を提供すべく約２９°であり得る。
下側摩耗用途向け一般的チップ（図１０〜１７）
ツメ組立体１０のチップ１４が図１０〜１７により詳細に示されている。図１０および１１を参照すると、チップ１４は概ねくさび型であり得、かつ後縁部７０の上縁７０ａから前方に延びる上側外面７２と、後縁部７０の底縁７０ｂから前方に延びる底側外面７４とを有する後縁部７０を含み得る。上側外面７２は下方に傾けることができ、底側外面７４は後縁部７０に対してほぼ垂直に延びることができ、その結果、上側外面７２と底側外面７４はチップ１４の前方の前縁７６で集束する。上側外面７２はチップ１４の略平坦な面を示し得るが、互いにわずかに傾けられ得る異なる部分を有し得る。その結果、上側外面７２は、後縁部７０によって画定される面「Ｐ」に対して垂直な線に対して約２９°の第１下降角度「ＦＤＡ」で後縁部７０から第１上側移行領域８０まで延びる後部７８と、面「Ｐ」に対して垂直な線に対して約２５°の第２下降角度「ＳＤＡ」で移行領域８０から前方に延びる前部８２と、面「Ｐ」に対して垂直な線に対して約２７°の第３下降角度「ＴＤＡ」で前部８２と突出部８４との間の第２上側移行領域８２ａから延びる突出部８４と、を含み得る。上側外面７２の略平坦な構造により被掘削物質は上側外面７２の上に、および器具１、６の底板縁部１８に向かって滑ることが可能になり得、そのとき前縁部７６は、ツメ組立体がより多量の湾曲を、または被掘削物質の流れを戻す１つまたは複数の凹部を有する上側外面を有する場合にもたらされ得るよりも器具１、６の前方移動に対して少ない抵抗で被掘削物質の山に入り込む。
同じく底側外面７４は概ね平坦であり得るが、底側外面７４の移行領域８０の底側移行領域８０ａにおいて中間高さ変化を有する。その結果、底側外面７４の後部８６は延び得、後縁部７０は、底側外面７４が下側前部８８に移行するまで、移行領域８０ａと略垂直な関係である。前部８８は同じく、後縁部７０に対して略垂直に向けることができ、および距離ｄ１だけ後部８６より低い高さの前縁部７６まで延び得る。ツメ組立体１０が被掘削物質を掘り進むとき、チップ１４と被掘削物質との間の摩擦の大部分は、前縁部７６、上側外面７２の先端部８４、およびチップ１４の底側外面７４の前部８８で生じる。底側外面７４の前部８８を下げることによって、追加の摩耗材が高摩擦領域に提供され、ツメ組立体１０の耐用年数を延ばす。
チップ１４はまた、チップ１４の両側において、上側外面７２と底側外面７４の間に延びる横外面９０、９２を含む。横外面９０、９２はそれぞれ、後部７８、８６間の位置に、それらを貫通して延びる保持開口１６の対応する１つを有し得る。図１２の上面図、図１３の底面図および図１４の前面図において最もよく分かるように、横外面９０、９２は、横外面９０、９２が底側外面７４から上側外面７２に向かって上方に延びるにつれて横外面９０、９２間の距離が減少するように角度を付けることができる。このように構成されるので、チップ１４は、上側外面７２、底側外面７４および横外面９０、９２によって画定されかつ突出部２６について上で記載した実質的に逆向きのすなわち反転された要石状の外形６２に実質的に対応する実質的に反転または逆転された要石状の外形９３（図１４）を有し得る。底側外面７４の前部８８を下げることと同様、チップ１４は、より多量の摩擦が発生する底側外面７４に近接してより多量の摩耗材が提供され、および底側摩耗用途においてより少ない摩擦が発生する上側外面７２に近接してより少量の摩耗材が提供される。この構造において、摩耗材の量、対応してチップ１４の重量および費用は、ツメ組立体１０の耐用年数を短縮することなく、低減または少なくともより効率的に配分することができる。
図１２〜１４はさらに、チップ１４を、砂時計に近い形状で構成できることを示している。横外面９０、９２は後部９４、９６を有し得、後部９４、９６は、後縁部７０から前方に延び、後部９４、９６が面「Ｐ」に垂直な線に対して約３°の横テーパ角度「ＳＴＡ」で横移行領域９７に近づくにつれて後部９４、９６間の距離が減少するように方向づけられる。横テーパ角度「ＳＴＡ」は、アダプタ１２の突出部２６の長手方向テーパ角度「ＬＴＡ」とほぼ等しいことに留意されたい。移行領域９７を越えて、横外面９０、９２は前部９８、１００に移行し、前部９８、１００は平行であり得、または前部９８、１００が、面「Ｐ」と垂直な線に対して０°を超え得る前部テーパ角度「ＦＴＡ」で前縁部７６近くの最大幅まで、前方に進むにつれて分岐しうる。図１２および１３の実施形態において示されるように前縁部７６の後ろで横外面９０、９２の前部９８、１００がテーパすることにより、チップ１４が被掘削物質中を通過するときにチップ１４が受ける抗力の量は低減し得る。前縁部７６が被掘削物質を掘り進むとき、両側の被掘削物質は、図１２の矢印によって示されるように外側におよびチップ１４の周りを流れ、このとき、横外面９０、９２との係合は、前部９８、１００が前縁部７６から後方に延びるとき平行でありかつ一定の幅を維持する場合より少ない。
図１０〜１２に戻ると、横外面９０、９２の前部９８、１００はそれぞれ、逃げ部（ｒｅｌｉｅｆ）１０２、１０４を含み得る。逃げ部１０２、１０４は横外面９０、９２からチップ１４の本体の中に内側へ延びてチップ１４にポケット「Ｐ」を画定し得る。図１５の断面図は逃げ部１０２、１０４の一実施形態の幾何学的構造を示す。逃げ部１０２、１０４は、各横外面９０、９２の前部９８、１００においてチップ１４の本体の中へ内側に延びる前方湾曲部分１０６、１０８を含み得る。湾曲部分１０６、１０８が内側に延びるにつれて、逃げ部１０２、１０４は後縁部７０に向かって後方に回転し、後方テーパ部分１１０、１１２に移行し得る。テーパ部分１１０、１１２は後縁部７０に向かって後方に延びるにつれて互いに離れ、最終的に、移行領域９７の近くで横外面９０、９２の対応する前部９８、１００とともに終端し得る。逃げ部１０２、１０４の示されている構造により、チップ１４の重量は低減し、被掘削物質を通るチップ１４の移動の抵抗が低減し、以下でさらに完全に記載されるようにチップ１４に自己先鋭化特徴部が提供される。しかしながら、チップ１４に利点を提供する逃げ部１０２、１０４の代替的な構造が当業者には明らかであり、かつ本開示によるツメ組立体１０で使用できるように本発明者らによって企図される。
チップ１４はアダプタ１２の突出部２６に受け取られるように構成することができる。図１６のチップ１４の後面図において、突出部キャビティ１２０は、表面を後縁部７０から内側に延ばすことによって、チップ１４内に画定され得る。突出部キャビティ１２０は、アダプタ１２の突出部２６と相補的な構造を有することができ、底側内面１２２と、上側内面１２４と、対向する一対の内面１２６、１２８と、前部内面１３０とを含むことができる。後から見えるように、突出部キャビティ１２０は、チップ１４の外側の外形９３およびアダプタ１２の突出部の外形７２に相補的な態様で、実質的に逆要石状の外形１３１を有し得る。上側外面７２と上側内面１２４の間、および底側外面７４と底側内面１２２の間の距離は、チップ１４を横切る横方向において一定であり得る。横内面１２６、１２８は、横内面１２６、１２８が底側内面１２２から上側内面１２４に向かって垂直に延びるにつれて横内面１２６、１２８間の距離が減少するように、内側に傾けることができる。このように方向付けられるので、横内面１２６、１２８は横外面９０、９２を正確に描写し、一定厚さが突出部キャビティ１２０の横内面１２６、１２８と、チップ１４の外側の、それぞれ横外面９０、９２との間に維持される。
図１７の断面図は、チップ１４の突出部キャビティ１２０とアダプタ１２の突出部２６との間の対応を示している。底側内面１２２は概ね平坦であり得、および後縁部７０に対して略垂直であり得る。底側内面１２２はまた、底側外面７４の後部８６および前部８８と概ね平行であり得る。アダプタ１２の底面４２が上向きの抜き勾配を有する場合、チップ１４の底側内面１２２は、その抜き勾配と一致する対応する上向きの傾斜を有し得る。
上側内面１２４は、突出部２６の上面４４と一致するように成形可能であり、また、第１支持部分１３２、傾斜中間部分１３４、および第２支持部分１３６を含み得る。第１および第２支持部分１３２、１３６は、概ね平坦であり、かつ底側内面１２２と略平行であり得るが、モールドまたはダイからの取り外しを促すために突出部２６の上面４４の第１および第２支持部分５２、５６に提供され得る向きに対応するわずかに下向きの傾斜を有し得る。上側内面１２４の中間部分１３４は、第１支持部分１３２の後縁部１３２ａと第２支持部分１３６の移行領域１３６ａとの間に延在し得、このとき中間部分１３４と底側内面１２２との間の距離は、突出部２６の中間面５４と底面４２の間の距離と同じように増す。底面４２と中間面５４との間の関係と一致して、中間部分１３４は、底側内面１２２および第１および第２支持部分１３２、１３６に対して約３０°の角度αで方向づけることができる。
突出部キャビティ１２０の前部内面１３０は、突出部２６の前面５０と一致する形状を有し、また、示されるように平坦であり得るか、前面５０の形状と相補的であるのに必要な形状を有し得る。図１７に示されるように、前部内面１３０は、底側内面１２２に対して垂直な線１３０ａに対して約１５°の角度γで前縁部７６に向かって傾けることができる。前部内面１３０に対して実質的に垂直な基準線１３８が内側に延在し得、保持開口部１６を実質的に二等分し得る。突出部キャビティ１２０の形状と一致するために、基準線１３８は、突出部キャビティ１２０の底側内面１２２に対して約１５°の角度β１で、および上側内面１２４の中間部分１３４に対して約１５°の角度β２で方向づけることができる。突出部２６および突出部キャビティ１２０の形状は、本開示によるツメ組立体１０の一実施形態の例である。当業者であれば、相補的形状を有する突出部および突出部キャビティを製造しながら突出部２６および突出部キャビティ１２０の様々な表面間の相対角度および距離の変化を例示の実施形態から変えることができ、そのような変化は、本開示によるツメ組立体１０で使用できるように本発明者によって企図されていることを理解するであろう。
底部摩耗用途向け摩擦チップ（図１８〜２１）
ツメ組立体１０が使用される特定の環境に依存して、図１〜１７に関連して上に示し、記載したようなツメ組立体１０のチップ１４は、必要に応じて修正することができる。例えば、機械が、高摩擦性でありかつ非常に速い速度でチップを摩滅し得る被掘削物質上で操作され得る場合、より多くの摩耗材をチップの前部に提供することが望まれ得る。図１８〜２１は、摩擦性の被掘削物質を積み込む際に使用できるチップ１６０の一実施形態を示している。チップ１６０はチップ１４に関して上で考察したものと同じ全体的構造を有し得、および後縁部１６２、上側外面１６４、および底側外面１６６を含み得、上側および底側外面１６４、１６６が後縁部１６２から前方に延び、前縁部１６８に集束している。横外面１７０、１７２はそれぞれ逃げ部１７４、１７６を、および上で記載したような保持開口部１７８を含み得る。上側外面１６４は前部１８０および後部１８２を有し得、底側外面１６６は前部１８４および後部１８６を有する。チップ１６０が受けるより激しいすり減りを補償するために、上側外面１６４の前部１８０は、追加の摩耗材が提供されてもよく、また、後部７８に対するチップ１４の前部８２の幅よりも後部１８２に対して広くてもよい。前部１８０は概ね矩形であり得、または前部１８０が前縁部１６８から後方に進むにつれてわずかにテーパを付けることができる。さらに、図２１に示されるように、前部１８４を後部１８６より下に距離ｄ２だけ下げることによって追加の摩耗材を底側外面１６６に提供することができ、距離ｄ２はチップ１４の底側外面７４の前部８８と後部８６との間の距離ｄ１より大きくてもよい。距離ｄ２は距離ｄ１より約２〜３倍大きくてもよい。チップ１６０の前部１８０、１８４の追加摩耗材は、特に摩擦の激しい環境で使用されるとき、チップ１６０の耐用年数を延長し得る。
底部摩耗用途向け貫入チップ（図２２〜２５）
被掘削物質に貫入するより優れた能力が必要とされ得る岩の多い環境でツメ組立体１０が使用される場合、被掘削物質を破砕するためのより先鋭な貫入端部を有するチップを提供することが必要とされ得る。図２２〜２５を参照すると、貫入チップ１９０が示されており、後縁部１９２、上側外面１９４および底側外面１９６を含み得、上側外面１９４および底側外面１９６は後縁部１９２から前方に延び、前縁部１９８に集束する。横外面２００、２０２は、上に記載したように、それぞれ逃げ部２０４、２０６を、および保持開口部２０８を含み得る。上側外面１９４は後部２１０および前部２１２を有し得、底側外面１９６は後部２１４および前部２１６を有する。後部２１０は後縁部１９２から前方に延びてもよく、横外面２００、２０２は略平行であるか、アダプタ１２の突出部２６のテーパと一致するように約３°の横テーパ角度「ＳＴＡ」でわずかにテーパを付けられ、および横外面２００、２０２が後縁部１９２から延びるにつれて集束する。後部２１０が前縁部１９８に近づくにつれて、上側外面１９４は前部２１２に移行し得るが、このとき横外面２００、２０２はより大きいテーパを有し、その結果、最初に略平行であり得るか、中間テーパ角度「ＩＴＡ」を有し得る横外面２００、２０２が前部に移行し得、その後さらに、前部が前縁部７６に近づくにつれて、後部２１０内での集束より大きい比率で集束すべく面「Ｐ」に対して垂直な線に対して少なくとも１０°の貫入テーパ角度「ＰＴＡ」でより大きいテーパを有するように移行し得る。その結果、前縁部１９８は、チップ１４、１６０の他の実施形態よりも、貫入チップ１９０の全体幅に対してより狭くなり得る。狭い前縁部１９８により岩の多い被掘削物質と係合するためのより小さい表面領域が提供され得るが、岩の多い被掘削物質を破砕するために器具１、６の底板縁部１８に装着される一連のツメ組立体１０によって岩の多い被掘削物質に適用される接触面積の単位当たりの力は増大され得る。前縁部１９８を狭くすることによって摩耗材が貫入チップ１９０から除去され得るが、チップ１４の底側外面７４の前部８８と後部８６との間の距離ｄ１より大きくてもよい距離ｄ３だけ前部２１６を後部２１４の下に下げることによって、底側外面１９６に追加摩耗材を提供することができる。チップ１６０の距離ｄ２と同様、距離ｄ３は距離ｄ１より約２〜３倍大きくてもよい。
本開示によるツメ組立体１０は、ツメ組立体１０の耐用年数を延ばしかつ被掘削物質に貫入するツメ組立体１０の効率を改善し得る特徴を組み込む。上で考察したように、チップ１４の実質的に反転された要石状の外形９３により、例えば、底側摩耗用途においてより多量の摩擦が発生するチップ１４の底側に向かってより多量の摩耗材が配置される。同時に、摩耗材は、より少ない摩擦が発生するチップ１４の上側部分から除去され、それにより、チップ１４の重量および製作費が低減される。アダプタ１２における摩耗材の分配は同様に、より摩耗が発生する底側ストラップ２２に追加の摩耗材を配置し、比較的より少ない量の摩擦にさらされる上側ストラップ２０により少ない摩耗材を配置するが、いくつかの実行では、上側ストラップ２０は、十分な強度を提供しかつ負荷力による破損を防止するために、摩擦によって決定されるよりも厚くする必要があり得る。
また、本開示によるツメ組立体１０の設計により、チップ１４をアダプタ１２に接続する保持機構にかかる応力が低減され得る。図２６および２７において例としてアダプタ１２およびチップ１４を使用すると、保持開口部１６、円筒面５８および保持機構の対応構成要素（不図示）に必要とされる機械加工許容差に基づいて、チップ１４は、機械を使用する間、アダプタ１２に対する、特に突出部２６に対する移動を経験し得る。この相対移動により、アダプタ１２およびチップ１４が反対方向に移動するとき、保持機構の構成要素にせん断応力が発生し得る。アダプタの突出部が横から見たとき切頭三角形の形状を有し得るか、突出部２６の実質的に反転された要石状の外形６２よりも丸い形状を有し得る従来のツメ組立体では、アダプタの突出部およびチップの突出部キャビティの対面する表面は、分離し得、そしてチップがアダプタに対してツメ組立体の長手軸の周りを回転することを許容し得る。このチップのねじれにより、保持機構の構成要素にさらなるせん断応力が発生し得る。
反対に、本開示によるツメ組立体１０では、アダプタ突出部２６の支持面５２、５６が、突出部キャビティ１２０を画定する対応支持部分１３２、１３６によって係合され得る。図２６の断面に示されるように、チップ１４がアダプタ突出部２６に取り付けられ、最大係合位置に配置されるとき、突出部２６の平面が、チップ１４の突出部キャビティ１２０を画定する表面の対応平坦部分によって係合される。その結果、アダプタ１２の底面４２は、チップ１４の底側内面１２２に面し、それと係合し得、アダプタ１２の上面４４の支持面５２、５４、５６は、チップ１４の上側内面１２４の対応部分１３２、１３４、１３６に面し、それと係合し得、アダプタ１２の前面５０はチップ１４の前方内面１３０に面し、それと係合し得る。図示しないが、アダプタ１２の突出部２６の側面４６、４８は、それぞれ、チップ１４の突出部キャビティ１２０の横内面１２６、１２８に面し、それと係合し得る。表面が係合しているので、チップ１４はアダプタ１２の突出部２６に対して比較的静止したままであり得る。
保持機構内の許容差により、チップ１４は、図２７に示されるようにアダプタ１２の突出部２６の上を前方に滑ることが可能であり得る。チップ１４が前方に滑るとき、突出部２６および突出部キャビティ１２０の面する表面のいくつかは、分離し、切り離され得る。例えば、チップ１４の上側内面１２４の中間部分１３４は、アダプタ１２の突出部２６の中間面５４から切り離され得、チップ１４の前方内面１３０は、アダプタ１２の前面５０から切り離され得る。アダプタ１２の突出部２６の側面４６、４８間の距離は、突出部２６が図７および８に示されるようにアダプタ１２の中間部分２４から外方に延びるにつれて狭くなり得るので、チップ１４の横内面１２６、１２８は、それぞれ側面４６、４８から分離し得る。いくつかの表面の分離にもかかわらず、アダプタ１２の突出部２６とチップ１４の突出部キャビティ１２０との間の係合は、保持機構内の許容差によって引き起こされるチップ１４の移動範囲にわたって維持され得る。すでに考察したように、アダプタ１２の突出部２６の底面４２および支持面５２、５６と、チップ１４の底側内面１２２および上側内面１２４の支持部分１３２、１３６とは、概ね平行であり得る。その結果、チップ１４は、例えばアダプタ１２の突出部２６の底面４２に対して実質的に平行な移動方向を有し得、ここで底面４２はチップ１４の突出部キャビティ１２０の底側内面１２２との接触を維持し、チップ１４の上側内面１２４の支持部分１３２、１３６はそれぞれ、アダプタ１２の支持面５２、５６との接触を維持する。平面が接触したままなので、チップ１４は、通常であれば保持機構構成要素にさらなるせん断応力を引き起こし得る突出部２６に対する実質的な回転から拘束され得る。抜き勾配が底面４２、底側内面１２２、支持面５２、５６および支持部分１３２、１３６に設けられ得る場合、および面する表面間にわずかな分離が発生し得る場合でさえ、チップ１４の回転は、せん断応力が保持機構の構成要素に与えられ得る量未満の量に制限され得る。保持機構に与えられるせん断応力を低減することによって、チップ１４の耐用年数の終了前の保持機構の破損率、および対応してチップ１４の離脱の事例を低減できることが予測される。
また、本開示によるツメ組立体１０の構造により、通常であればチップ１４、１８０、１９０をアダプタ１２の突出部２６から滑り落とす傾向があり得る力が適用されるとき、保持機構のせん断応力の低減が促され得る。当技術分野で公知のアダプタ突出部は一般に概ね三角形の構造を有しかつ突出部がストラップから前方に延びるにつれて横方向にテーパするので、使用中にかけられる力は通常、アダプタ突出部の前部から滑り落ちるようにチップに影響を及ぼし得る。そのような移動は、保持機構によって抵抗され、それによりせん断応力が生じる。本開示によるアダプタ１２のアダプタ突出部２６は、チップ１４、１８０、１９０をアダプタ突出部２６から滑り落とす傾向がある力と少なくとも部分的に平衡し得る。図２８は、機械が矢印「Ｍ」で示されるように被掘削物質の山の中に前方に駆動されているときに生じ得る概ね水平な向きを有するアダプタ１２とチップ１４とから形成されたツメ組立体１０を示している。アダプタ１２およびチップ１４が図２８〜３０で例として使用されるが、当業者であれば、アダプタ１２とチップ１４、１８０、１９０の様々な組合せが、これ以降で記載されるように、同じように相互作用し得ることを理解するであろう。被掘削物質はツメ組立体１０が被掘削物質の山に貫入することに抵抗し得、結果として前縁部７６に対し水平力ＦＨを適用する。力ＦＨによりチップ１４はアダプタ１２の方に押圧され得、および保持機構のせん断応力を増大することなくアダプタ１２の突出部２６とより密接に係合するように押圧され得る。
図２９において、ツメ組立体１０は、機械が矢印「Ｍ」で示される方向に被掘削物質の積込み物を被掘削物質の山から持ち上げ始めるので器具１が部分的に上向きに棚状にされ得る位置で示されている。器具１が被掘削物質から持ち上げられるとき、垂直力ＦＶがチップ１４の上側外面７２に適用され得る。垂直力ＦＶは、被掘削物質の重量と、被掘削物質の山からの除去に対する被掘削物質の抵抗との組合せであり得るチップ１４の前部８２および／または先端部８４に作用する合力であり得る。垂直力ＦＶは、支持のためにチップ１４を介してアダプタ突出部２６およびチップ１４の突出部キャビティ１２０の上側内面１２４に移され、それによりアダプタ突出部２６の前部支持面５２に第１合力ＦＲ１を生成し得る。垂直力ＦＶの動作線は前縁部７６の近くに位置付けられるので、垂直力ＦＶはチップ１４をアダプタ１２の突出部２６の周りを示されるように反時計方向に回転させる傾向があり、このとき突出部２６の第１支持面５２は回転の支点として作用する。垂直力ＦＶによって生み出されるモーメントが、第２合力ＦＲ２を、アダプタ１２の中間部分２４の近くでアダプタ１２の底面４２に作用させる。
突出部の連続的に傾斜する上面を有する以前より知られているチップ組立体では、第１合力ＦＲ１は、チップを突出部の前部から滑り落とし、それにより保持機構に追加の歪みを引き起こす傾向があるだろう。反対に、アダプタ１２の中間面５４に対するアダプタ１２の前部支持面５２の向きは、チップ１４を突出部２６と係合するように滑らせる。図３０は、アダプタ突出部２６およびチップ１４の拡大された部分を示し、およびアダプタ突出部２６に対するチップ１４の移動を引き起こす傾向のある合力を示している。アダプタ１２の前部支持面５２とチップ１４の第１支持面１３２とに作用する第１合力ＦＲ１は、前部支持面５２に対して垂直に作用する第１垂直成分ＦＮと、前部支持面５２および第１支持部分１３２に対して平行に作用する第２成分ＦＰとを有する。アダプタ１２の中間面５４およびチップ１４の中間部分１３４に対するアダプタ１２の前部支持面５２およびチップ１４の第１支持部分１３２の向きにより、平行成分ＦＰまたは第１合力ＦＲ１は、チップ１４を後方に、およびアダプタ１２の突出部２６と係合するように滑らせる傾向がある。チップ１４を突出部２６上に摺らせる傾向のある平行成分ＦＰにより、保持機構の構成要素にかかるせん断応力は低減し、対応して保持機構の破損の発生が低減する。
上で考察したようなアダプタ１２の突出部２６およびチップ１４、１８０、１９０の突出部キャビティ１２０の構造の保持有利性に加えて、ツメ組立体１０は、上側摩耗用途および底側摩耗用途で使用する間、有利性を提供し得る。本開示によるツメ組立体１０のチップ１４、１８０、１９０の幾何学的形状は、当技術分野で以前から知られているチップと比べて、チップ１４、１８０、１９０の耐用年数にわたり、底側摩耗用途において被掘削物質に貫入する際に改善された効率を提供し得る。摩耗材がチップ１４、１８０、１９０の前部から摩滅されるにつれ、逃げ部１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６はチップ１４、１８０、１９０に自己先鋭化特徴部を提供し得、以前より知られているチップが切れ味を鈍くし、かつ切削工具より拳のような形状になり得る場所で、改善された貫入を実現する。図１４のチップ１４の前面図は、最初に被掘削物質に入る先行掘削面を形成する前縁部７６を示している。図３１〜３６に示される断面図は、摩耗材がチップ１４の前部から摩滅するときの切削面の幾何学的形状の変化を示している。図３１は、前縁部７６と逃げ部１０２、１０４の間で断面が取られた図４のツメ組立体１０の断面図を示す。摩擦がチップ１４をこの地点まで摩滅したあと、チップ１４の切削面２２０は、機械が前方に駆動するときに被掘削物質と係合する断面領域を呈するが、この断面領域は前縁部７６より鋭くない。被掘削物質との係合による摩擦が原因で切削面２２０の外縁は丸くなり、底側外面７４の前部８８は斜交平行線で陰影が付けられた領域２２０ａによって示されるように摩滅し、それにより切削面２２０の厚さが減少することは当業者に明らかであろう。
チップ１４の摩耗材は、逃げ部１０２、１０４に向かって後方に摩滅し続ける。図３２は、チップ１４の前部が、切削面２２２を形成する逃げ部１０２、１０４を提供するチップ１４の部分まで摩滅した可能性のある位置にあるツメ組立体１０の断面を示している。この地点において、チップ１４は、切削面２２２が低減された幅の中間領域を含むように逃げ部１０２、１０４の湾曲部分１０６、１０８まで摩滅した可能性がある。低減された幅の領域が原因で、切削面２２２はＩ字型になり、そして斜交平行線で陰影が付けられた領域２２２ａによって示されるように底側外面７４の前部８８が逃げ部１０２、１０４の底部の方に摩滅し続けるにつれてＴ字型に近づき始め得る。逃げ部１０２、１０４によって切削面２２２から除去された摩耗材により、チップ１４の先行切削面２２２の断面積は低減してチップ１４を「鋭く」し、対応して器具１、６のチップ１４が被掘削物質に入るときに受ける抵抗は低減する。逃げ部１０２、１０４のテーパ部分１１０、１１２により、被掘削物質は、逃げ部１０２、１０４の後部が平坦であるか丸められ、かつより直接的に被掘削物質に面している場合よりも少ない抵抗で逃げ部１０２、１０４を通って流れることが可能になる。テーパ部分１１０、１１２のテーパにより、被掘削物質の流れおよびチップ１４の被掘削物質への貫入に抵抗し得る表面に垂直に作用する力は低減する。
図３３および３４は、それぞれ切削面２２４、２２６の別の反復を示し、摩耗材は、チップ１４の前端部から、および底側外面７４の前部８８から、摩滅し続ける。逃げ部１０２、１０４は、上側外面７２と底側外面７４とによって形成されるチップ１４のくさび型に対応する概ね三角の形状を有し得る。その結果、逃げ部１０２、１０４によって画定される切削面２２４、２２６の部分は、チップ１４の先行縁部が後方に進むにつれて増大し得る。しかしながら、低減される幅の領域もまた、テーパ部分１１０、１１２が横外面９０、９２のそれぞれ前部９８、１００に近づくにつれて広くなる。最終的に、摩耗材はチップ１４の前部から逃げ部１０２、１０４の後方限界点まで摩滅する。斜交平行線で陰影が付けられた領域２２４ａ、２２６ａによって示されるように、底側外面７４の前部８８は、逃げ部１０２、１０４の底部まで摩滅し得る。この地点において、切削面２２４、２２６は、Ｔ字型にさらに似ている。図３３ａは図３３のツメ組立体１０の底面図を示し、外面７２、７４、９０、９２は部分的に摩滅している。底側外面７４は、すり減った底側外面７４ａまで摩滅され得、アダプタ１２の底側ストラップ２２の一部は、すり減った底面２２ａまで摩滅され得る。底側外面７４は逃げ部１０２、１０４まで摩滅され、およびチップ１４の前部は摩滅されて切削面２２４に戻るので、逃げ部１０２、１０４のテーパ部分１１０、１１２は切削面２２４と組み合って、チップ１４の被掘削物質への貫入を促す貫通チップ様テーパを形成する。
図３５に示されるように、切削面２２８は、逃げ部１０２、１０４の後ろでチップ１４の断面領域に非常に近づき、それにより、被掘削物質の試行される貫入に対して比較的大きい表面領域が現れる。大きい表面領域は、斜交平行線で陰影が付けられた領域２２８ａで示される摩耗によって部分的に低減され得る。チップ１４は、チップ１４がその耐用年数の終わりに近づくにつれて、被掘削物質に切り込む機能の効率が落ち始める。逃げ部１０２、１０４を越えてチップ１４が摩滅することにより、チップ１４を交換するための視覚的指標が提供され得る。チップ１４を使用し続けることによってチップ１４の前部で摩耗材はさらに浸食し、そして最終的には、図３６に示されるように、切削表面２３０において突出部キャビティ１２０の突破口まで至る恐れがある。斜交平行線で陰影が付けられた領域２３０ａによって示されるような外面７２、７４、９０、９２から内側に進む摩耗は、ツメ組立体１０の連続使用により突出部キャビティ１２０のさらなる突破口を最終的に形成し得る。この地点において、アダプタ１２の突出部２６が被掘削物質に対して露出される可能性があり、および場合によりアダプタ１２を同じく器具１、６の底板縁部１８から取り外して交換しなければならない地点まで摩滅し始める可能性がある。
前述の文は本発明の多数の異なる実施形態の詳細な説明を記載しているが、本発明の法的範囲は、本特許の最後に記載される請求項の言葉によって定義されることを理解すべきである。詳細な説明は単に例として解釈されるべきであり、本発明の全ての可能な実施形態を記載していない。全ての可能な実施形態を記載することは非現実的であり、不可能なためである。今現在ある技術か、本特許の出願日後に開発された技術のいずれかを用いて、本発明を定義する請求項の範囲内に依然としてあるであろう多数の代替実施形態を実行することができる。

Claims (8)

  1. 地面係合器具（１）の切刃用のツメ組立体（１０）の地面係合チップ（１４、１６０、１９０）であって、ツメ組立体が、地面係合器具（１）の底板縁部（１８）に装着するように構成されかつ前方に延びるアダプタ突出部（２６）を有するアダプタ（１２）を含み、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）が、
    後縁部（７０、１６２、１９２）と、
    上側外面（７２、１６４、１９４）と、
    底側外面（７４、１６６、１９６）とを含み、上側外面（７２、１６４、１９４）および底側外面（７４、１６６、１９６）が後縁部（７０、１６２、１９２）から前方に延び、前縁部（７６、１６８、１９８）で集束し、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）がさらに、
    底側外面（７４、１６６、１９６）から上側外面（７２、１６４、１９４）まで上方に延びる反対側に配置された横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）と、
    後縁部（７０、１６２、１９２）から地面係合チップ（１４、１６０、１９０）内に内側に延び、かつアダプタ突出部（２６）をその中に受け入れるようにアダプタ（１２）のアダプタ突出部（２６）と相補的な形状を有する突出部キャビティ（１２０）を地面係合チップ（１４、１６０、１９０）内に画定する内面（１２２、１２４、１２６、１２８）と、
    一対の逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）であって、各逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）が、横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）の対応する１つから地面係合チップ（１４、１６０、１９０）内に内側に延び、および各逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）が、前縁部（７６、１６８、１９８）に近接して配置される、一対の逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）と
    を含み、
    逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）が、突出部キャビティ（１２０）の前に配置され、
    逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）のそれぞれが、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の対応する横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）から内側に延びる前部（１０６、１０８）と、前部（１０６、１０８）の内側端部から逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）の後方端部の横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）との交差点まで延びる後方テーパ部（１１０、１１２）とを含む、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）。
  2. 底側外面（７４、１６６、１９６）が、後縁部（７０、１６２、１９２）に近接した後部（８６、１８６、２１４）と前縁部（７６、１６８、１９８）に近接しかつ逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）の下に配置される前部（８８、１８４、２１６）とを含み、および底側外面（７４、１６６、１９６）の前部（８８、１８４、２１６）が、突出部キャビティ（１２０）および逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）に対して、底側外面（７４、１６６、１９６）の後部（８６、１８６、２１４）より下に配置される、請求項１に記載の地面係合チップ（１４、１６０、１９０）。
  3. 地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の上側外面（７２、１６４、１９４）が、後縁部（７０、１６２、１９２）に近接した後部（７８、１８２、２１０）と、前縁部（７６、１６８、１９８）に近接した前部（８２、１８０、２１２）とを含み、および上側外面（７２、１６４、１９４）の前部（８２、１８０、２１２）が、上側外面（７２、１６４、１９４）の後部（７８、１８２、２１０）より幅が広い、請求項１または２に記載の地面係合チップ（１４、１６０、１９０）。
  4. 横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）が底側外面（７４、１６６、１９６）から上側外面（７２、１６４、１９４）に向かって上方へ延びるにつれて横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）間の距離が減少するように横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）がテーパを付けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地面係合チップ（１４、１６０、１９０）。
  5. 地面係合器具（１）の切刃用の地面係合ツメ組立体（１０）であって、地面係合ツメ組立体（１０）が、
    アダプタ（１２）を含み、アダプタ（１２）が、
    後方に延びる上側ストラップ（２０）と、
    後方に延びる底側ストラップ（２２）と、を含み、上側ストラップ（２０）と底側ストラップ（２２）が、地面係合器具（１）の切刃を受け入れるための間隙（２８）をそれらの間に画定し、アダプタ（１２）がさらに、
    前方に延びるアダプタ突出部（２６）を含み、アダプタ突出部（２６）が、
    底面（４２）と、
    前面（５０）と、
    前面（５０）に近接しかつ後縁部を有する第１支持面（５２）と、上側ストラップ（２０）および底側ストラップ（２２）に近接しかつ前縁部を有する第２支持面（５６）と、第２支持面（５６）の前縁部から第１支持面（５２）の後縁部まで延びる中間面（５４）とを有する上面（４４）であって、第１支持面（５２）と底面（４２）との間の距離が第２支持面（５６）と底面（４２）との間の距離未満であり、および第２支持面（５６）が底面（４２）と略平行である、上面（４４）と、
    底面（４２）から上面（４４）まで上方に延びる反対側に配置された側面（４６、４８）とを含み、地面係合ツメ組立体（１０）がさらに、
    地面係合チップ（１４、１６０、１９０）を含み、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）が、
    後縁部（７０、１６２、１９２）と、
    上側外面（７２、１６４、１９４）と、
    底側外面（７４、１６６、１９６）とを含み、上側外面（７２、１６４、１９４）および底側外面（７４、１６６、１９６）が地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の後縁部（７０、１６２、１９２）から前方に延び、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の前方前縁部（７６、１６８、１９８）で集束し、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）がさらに、
    底側外面（７４、１６６、１９６）から上側外面（７２、１６４、１９４）まで上方に延びる反対側に配置された横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）と、
    地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の後縁部（７０、１６２、１９２）から地面係合チップ（１４、１６０、１９０）内に内側に延び、かつアダプタ突出部（２６）をその中に受け入れるようにアダプタ（１２）のアダプタ突出部（２６）と相補的な形状を有する突出部キャビティ（１２０）を地面係合チップ（１４、１６０、１９０）内に画定する内面（１２２、１２４、１２６、１２８）と
    を含み、
    一対の逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）であって、各逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）が、横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）の対応する１つから地面係合チップ（１４、１６０、１９０）内に内側に延び、および各逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）が、前縁部（７６、１６８、１９８）に近接して配置される、一対の逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）と
    を含み、
    逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）が、突出部キャビティ（１２０）の前に配置され、
    逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）のそれぞれが、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の対応する横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）から内側に延びる前部（１０６、１０８）と、前部（１０６、１０８）の内側端部から逃げ部（１０２、１０４、１７４、１７６、２０４、２０６）の後方端部の横外面（９０、９２、１７０、１７２、２００、２０２）との交差点まで延びる後方テーパ部（１１０、１１２）とを含む、地面係合ツメ組立体（１０）。
  6. 突出部キャビティ（１２０）が、
    底側内面（１２２）と、
    前側内面（１３０）と、
    前側内面（１３０）に近接した第１支持部（１３２）と、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の後縁部（７０、１６２、１９２）に近接した第２支持部（１３６）と、第１支持部（１３２）および第２支持部（１３６）の間に延びる中間部（１３４）とを有する上側内面（１２４）であって、第１支持部（１３２）と底側内面（１２２）との間の距離が第２支持部（１３６）と底側内面（１２２）との間の距離未満である上側内面（１２４）と、
    底側内面（１２２）から上側内面（１２４）まで上方に延びる反対側に配置された横内面（１２６、１２８）であって、アダプタ突出部（２６）が突出部キャビティ（１２０）に完全に挿入されるとき、底側内面（１２２）、上側内面（１２４）および横内面（１２６、１２８）が、アダプタ突出部（２６）のそれぞれ底面（４２）、上面（４４）および側面（４６、４８）に面し、それと係合する、横内面（１２６、１２８）と
    を含む、請求項５に記載の地面係合ツメ組立体（１０）。
  7. アダプタ突出部（１４、１６０、１９０）の底面（４２）と第１および第２支持面（５２、５６）が、底側ストラップ（２２）の上面（３４）と略平行であり、および突出部キャビティ（１２０）の底側内面（１２２）と上側内面（１２４）の第１および第２支持部（１３２、１３６）とが、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の後縁部（７０、１６２、１９２）と略垂直である、請求項６に記載の地面係合ツメ組立体（１０）。
  8. アダプタ突出部（２６）が突出部キャビティ（１２０）に完全に挿入されるとき、突出部キャビティ（１２０）の上側内面（１２４）の第１支持部（１３２）、第２支持部（１３６）および中間部（１３４）が、アダプタ突出部（２６）の上面（４４）のそれぞれ第１支持面（５２）、第２支持面（５６）、および中間面（５４）に面し、それと係合し、および、第１および第２支持部（１３２、１３６）と第１および第２支持面（５２、５６）は、アダプタ（１２）に対する地面係合チップ（１４、１６０、１９０）の前方への移動の距離であって上側内面（１２４）の中間部（１３４）が上面（４４）の中間面（５４）から分離する移動の距離の間、係合を維持し、その結果、第１および第２支持部（１３２、１３６）と第１および第２支持面（５２、５６）との係合により、地面係合チップ（１４、１６０、１９０）が地面係合ツメ組立体（１０）の長手軸周りで実質的に回転することが防止されるようにする、請求項７に記載の地面係合ツメ組立体（１０）。
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