JP2006231457A

JP2006231457A - ドリル工具

Info

Publication number: JP2006231457A
Application number: JP2005048790A
Authority: JP
Inventors: Takuma Nonaka; 琢磨野中; Naohide Murakami; 直英村上
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: US20080156507A1; EP1852232B1; AU2006218321A1; EP1852232A1; US7568529B2; EP1852232A4; JP4742613B2; CA2600048A1; WO2006090625A1

Abstract

【課題】軽い押付力でも穿孔速度をさらに上げることができるコンクリートドリル。
【解決手段】装置本体２に収容した駆動源と、該駆動源によって回転駆動されるとともに上記装置本体２の前方側に突出して設けられたビット駆動軸３と、該ビット駆動軸３の先端に取り付けられたダイヤビット４とを備えたドリル工具において、前記ビット駆動軸３の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力と、前記ビット駆動軸３の回転方向に作用して大きさが脈動する加振モーメントとを発生する加振装置部を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ドリル工具、とりわけ施工されたコンクリートにアンカー等を取り付けるための穴あけを行なうためのコンクリートドリル工具に関する。

一般に、この種のコンクリートドリル工具としては、ハンマードリルや振動ドリル、ダイヤモンドドリルが知られている。ハンマードリルや振動ドリルは、先端に超硬チップを取り付けた略中実状のドリルビットを、このドリルビットの軸方向に打撃力や振動力を付与しつつ回転させることで、コンクリートを衝撃破壊しながら穿孔する。このため、穿孔速度は速いものの、コンクリートを衝撃破壊する打撃力や振動力によって、作業時に極めて大きな騒音が発生するという問題がある。さらに、打撃力や衝撃力による衝撃がコンクリートに直接伝播することから、この衝撃が穿孔作業箇所のコンクリートから建築物のその他の箇所の壁部や床部を成しているコンクリートへ伝わりやすく、作業箇所から離れた所に位置する部屋のコンクリート壁部やコンクリート床部まで伝わり、建築物の広範囲に大きな騒音を発生させてしまう。

これに対し、ダイヤモンドドリルは、略円筒状或いは略円柱状のビットの先端に、メタルボンドと呼ばれる焼結金属の中にダイヤモンド粒が埋め込まれたダイヤチップが取付けられたダイヤビットが用いられており、このダイヤビットに押し付け力と回転を加えることにより、ビット先端のダイヤチップのダイヤモンドをコンクリートに食い込ませ、コンクリートを研削して穿孔する。ダイヤチップのダイヤモンドの一粒の大きさは４００ミクロン程度で、１個のビットには１５００粒ほどのダイヤモンド粒が入っており、この細かいダイヤモンドの粒がコンクリートを削って穿孔する。このため、ダイヤモンドドリルは穿孔時の発生音が小さく、また、ハンマードリルや振動ドリルのように打撃力や衝撃力を伝播させることがないため、穿孔作業箇所から離れた所に位置する部屋では穿孔作業時でもかなり静かであって、同一建物内や近隣の家屋に居住しながらの施工が可能である。

ところで、ダイヤモンドドリルの穿孔速度を向上させるためには、ダイヤモンドがコンクリートを削る量を増やす必要がある。このための手段としては、ダイヤビットの回転数を増して単位時間に削る量を増やすことや、ダイヤビット、即ち工具本体をコンクリートへ押し付ける力を増大させてダイヤモンドのコンクリートへの食い込み量を増大させることで削る量を増やすことが考えられる。しかしながら、このダイヤビットの回転数と押し付け力とをバランスさせることが重要であり、押し付け力が不足している状態でダイヤビットの回転数を増大させても、ダイヤビットのビット先端が充分にコンクリートに食い込むことができない状態のままダイヤビットが回転してしまい、ダイヤビットが早期に磨耗して穿孔が困難となってしまう。また、一般的に、作業者が穿孔作業中に持続発揮できるダイヤビット（工具）の押し付け力は１０〜１５ｋｇｆ程度といわれており、作業者が自身の体力だけに基づいてダイヤビット（工具）の押し付け力を増大させることには限度がある。この結果、ダイヤモンドドリルの穿孔速度を向上させようとしても限界がある。加えて、作業者が発揮できる押し付け力に限度がある状況下において、より大径の穿孔を行なおうとすると、穿孔径が大きくなるにつれてダイヤモンド一粒あたりの押し付け力が減少することになり、この点からも穿孔速度を向上させることが困難である。

このような問題点を解決するため、ビット駆動軸の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力を付与する加振装置をコンクリートドリル装置本体に設けることで、コンクリートへの穿孔速度を向上させるコンクリートドリルが知られている。

また、上記先行技術における加振装置を設けたコンクリートドリルでは、ビット駆動軸に沿って脈動する加振力を単純に付与する構成となっており、穿孔開始時から加振力が付与されてしまう。この結果、穿孔開始時にダイヤビットのビット先端が穿孔場所のコンクリート面から加振力によって跳ね上がってしまい、穿孔場所に対してビット先端の正確な位置合わせが困難であって操作性に問題がある。
特開２００３−２１１４３６号

本発明は、上記要請に応じてなされたものであって、軽い押し付け力でも穿孔速度を向上させることが可能なコンクリートドリルを提供することをその課題とする。また、そのようなコンクリートドリルであっても、穿孔場所に対してビット先端の位置合わせが容易であって操作性に優れたドリル工具を提供することをその課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、装置本体に収容した駆動源と、駆動源によって回転駆動されるとともに装置本体の前方側に突出して設けられたビット駆動軸と、ビット駆動軸の先端に取り付けられたダイヤビットとを備えたドリル工具において、ビット駆動軸の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力と、ビット駆動軸の回転方向に作用して大きさが脈動する加振モーメントとを発生する加振装置部を有することを特徴とする。これにより、ビット駆動軸の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力と、ビット駆動軸の回転方向に作用して大きさが脈動する加振モーメントとをビット駆動軸に発生させる。

また、請求項２に係る発明は、加振装置部が、ビット駆動軸の軸線に直交する同一軸線上にビット駆動軸の軸線を挟んで略対称の位置に対向して配設された２つの偏心ウエイトと、同一軸線上に配設した駆動軸によって２つの偏心ウエイトを互いに逆回転駆動する偏心ウエイト駆動部とを有することを特徴とする。
これにより、ビット駆動軸の軸線に直交する同一軸線上にビット駆動軸の軸線を挟んで略対称の位置に対向して配設された２つの偏心ウエイトを、同一軸線上に配設した駆動軸による偏心ウエイト駆動部で互いに逆回転駆動する。

好ましくは、２つの偏心ウエイトは、ビット駆動軸の先端側と後方側へ向かって同位相となるとともに、ビット駆動軸の正逆回転方向へ向かって逆位相となるよう、配設されている。これにより、ビット駆動軸に沿った大きさが脈動する加振力とビット駆動軸の回転方向へ大きさが脈動する加振モーメントとを効率よく発生させることができる。

また、請求項３に係る発明は、加振装置部が、駆動源によるビット駆動軸の回転駆動に遅延して、加振力と加振モーメントとを発生させるよう設けられていることを特徴とする。これにより、ビット駆動軸の回転駆動に遅延して加振力と加振モーメントとを発生させる。

請求項１に係る発明によれば、ビット駆動軸の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力と、ビット駆動軸の回転方向に作用して大きさが脈動する加振モーメントとをビット駆動軸に発生させるので、ドリル工具の押付力を作業者の押付力と加振力との総和とすることができ、加振力によって作業者の押付力を補うことができる。また、ビット駆動軸の回転方向に大きさが脈動する加振モーメントを作用させることにより、ビット駆動軸の回転トルクを駆動源の出力と加振モーメントとを足し合わせたものとすることができ、駆動源の出力だけによる回転トルクよりも増加させた状態を得ることができる。したがって、小さな押付力での穿孔が可能となり、穿孔速度の向上を図ることができる。
さらに、ビット駆動軸の軸線方向とへの加振力と回転方向への加振モーメントを脈動して加えることにより、切粉を排出しやすくなるため、穿孔時に切粉の影響を受けにくくなり、安定した穿孔が可能となる。

また、ダイヤビットは押付力が不足している状態で穿孔を行なうと空回りして切れ味が低下してしまい、目出し作業等によってダイヤビットをメンテナンスして切れ味を回復させることが必要となるが、本発明では、ビット駆動軸の軸線方向とへの加振力と回転方向への加振モーメントを脈動して加えることにより、好適な状態で穿孔が行なえるので、ダイヤビットが空回りしてしまうことを減少でき、ひいてはダイヤビットのメンテナンス作業を低減できる。

請求項２に係る発明によれば、ビット駆動軸の軸線に直交する同一軸線上にビット駆動軸の軸線を挟んで略対称の位置に対向して配設された２つの偏心ウエイトを、同一軸線上に配設した駆動軸による偏心ウエイト駆動部で互いに逆回転駆動して、加振力と加振モーメントとを発生させるので、ハンマードリルの打撃機構による打撃力や振動ドリルの振動機構による振動力の如く、ダイヤビットなどのビット工具を変位させ得るほどの力をビット工具に加えてコンクリートを衝撃破壊する機構となっておらず、静音施工が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、ビット駆動軸の回転駆動に遅延して加振力と加振モーメントとを発生させるので、ダイヤビットの回転のみによって穿孔を開始して穿孔位置を正確に確保してから、加振力と加振モーメントとを伴った穿孔作業を行なうので、ダイヤビットの穿孔位置への位置決めが容易となり、操作性が向上する。

以下、図面によって本発明に係るドリル工具の実施形態について説明する。図１において符号１はコンクリートドリルを示す。このコンクリートドリル１は、装置本体２に収容した駆動源によりビット駆動軸３を回転駆動して、前記装置本体２の前方に突出させたビット駆動軸３の先端に取り付けたダイヤビット４を回転させることによりコンクリートに穿孔させるようにしたものである。

装置本体２には図２に示されるように、駆動源として電力で作動する加振装置用モータ５とビット駆動軸用モータ６とが設けられている。加振装置用モータ５は加振装置７に作動連結されている。すなわち、図３に示されるように、加振装置用モータ５の出力軸８にはベベルギア９が固定され、このベベルギア９の左右両側には互いに対向する２つのベベルギア１０、１１が噛合している。対向する各ベベルギア１０、１１の回転軸１３、１４にはそれぞれ偏心ウエイト１５、１６が一体的に固定されている。偏心ウエイト１５、１６は半円状に形成され、中心には軸孔が形成されている。偏心ウエイト１５、１６はそれぞれベベルギア１０、１１と一体に回転する。

上記構成によれば、加振装置用モータ５を作動させることにより、その回転力はベベルギア９、１０、１１を介して偏心ウエイト１５、１６に伝達され、対向する２つの偏心ウエイト１５、１６は互いに逆方向に回転する。

次に、図２に示されるように、ビット駆動軸用モータ６は駆動装置に作動連結されている。すなわち、ビット駆動軸用モータ６の出力軸１７には歯車１８が形成され、この歯車は中間の減速歯車１９を介してビット駆動軸３の歯車２０に噛合している。ビット駆動軸３は装置本体２の前方に突出している。ビット駆動軸３の先端にはダイヤビット４が設けられている。

ところで、図３に示されるように、加振装置用モータ５の出力軸８とビット駆動軸３は同一軸線Ｐ上にあり、また上記２つの偏心ウエイト１５、１６は、ビット駆動軸３の軸線Ｐの互いに反対側でかつ上記軸線Ｐに直交する同一軸線Ｑ上に、軸線Ｐ、Ｑの交点から等距離の位置に対向するように配置されている。また、２つの偏心ウエイト１５、１６は装置本体２をア側からみたときと反対のイ側からみたときとで、一方が前方又は後方を向いているときは、他方も同じ側を向くように配置されている。

なお、装置本体２にはさらに電源コード２１とメインスイッチ２２と制御回路２３とが設けられている。制御回路２３は、加振装置用モータ５に対してはビット駆動軸用モータ６に遅延させて給電するように構成されている。このような遅延制御は、図４（ａ）に示されるように、制御回路２３で加振装置用モータ５への電源供給を遅延させるか、あるいは同図（ｂ）に示されるように、制御回路２３でビット駆動軸用モータ６の負荷を感知してから加振装置用モータ５へ電源を供給するかなどによって構成すればよい。

次に、上記コンクリートドリルの作動態様について説明する。まずメインスイッチ２２を入れると、ビット駆動軸用モータ６が作動し、続いて加振装置用モータ５が作動する。

このように、ビット駆動軸用モータ６が作動すると、出力軸１７の回転は歯車１８、１９、２０を介してビット駆動軸３に伝達され、先端のダイヤビット４も回転するから、ダイヤビット４をコンクリートに押し付けることによりコンクリート１２を穿孔することができる。

次に、ビット駆動軸用モータ６の回転作動に遅れて加振装置用モータ５が作動する。このモータの出力軸８の回転はベベルギア９を介して対向するベベルギア１０、１１に伝達されるから、対向する２つの偏心ウエイト１５、１６は同時に逆方向に回転作動する。

ところで、偏心ウエイト１５、１６が互いに逆回転することにより、１回転の位相を９０°ずつずらしてみると、図３のように、コンクリートドリルには次のような力が加えられる。
（１）のときは偏心ウエイト１５は上方、偏心ウエイト１６は下方に回転し、装置本体２に捩り力を加える。
（２）のときは偏心ウエイト１５は前方（ダイヤビット４側）、偏心ウエイト１６も前方に回転し、装置本体２に加振力を加える。
（３）のときは偏心ウエイト１５は下方、偏心ウエイト１６は上方に回転し、装置本体２に捩り力を加える。
（４）のときは、偏心ウエイト１５は後方、偏心ウエイト１６も後方に回転し、装置本体２に加振力を加える。

このように、コンクリートドリル１には、ビット駆動軸３の回転に対して、大きさが脈動して変化し、上記（２）（４）のときは、図３の矢印Ａに示されるように、ビット駆動軸３に沿った同位相の加振力、（１）（３）のときには、同図の矢印Ｂに示されるように、ビット駆動軸３の回転方向へ捩り力に基づく逆位相の加振モーメントがそれぞれ付与されることになる。以上をグラフに示せば、図５のようになる。

また、ビット駆動軸３と加振装置７とを同時に作動させることにより、起動時に加振力と加振モーメントが作用すると、加振装置７により装置本体２が微振動し、ダイヤビット４の先端がコンクリート５の表面で跳ねるので、ダイヤビット４の位置決めがしづらくなる。しかし、加振装置用モーター５への給電をビット駆動軸用モータ６への給電に対して遅らせることにより、まず穿孔を開始して位置を正確に確保した後に加振装置７が作動することになり、位置決めが容易となる。

上述のように、上記コンクリートドリルによれば、次の作用効果を得ることができる。
（ａ）ビット駆動軸３の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力と、ビット駆動軸の回転方向に作用して大きさが脈動する加振モーメントとをビット駆動軸に発生させるので、ドリル工具の押付力を作業者の押付力と加振力との総和とすることができ、加振力によって作業者の押付力を補うことができる。
（ｂ）ビット駆動軸３の回転方向に大きさが脈動する加振モーメントを作用させることにより、ビット駆動軸３の回転トルクを駆動源の出力と加振モーメントとを足し合わせたものとすることができ、駆動源の出力だけによる回転トルクよりも増加させた状態を得ることができる。したがって、小さな押付力での穿孔が可能となり、穿孔速度の向上を図ることができる。
（ｃ）軸方向への加振力と回転方向へ加振モーメントを脈動して加えることにより、切粉を排出しやすくなるため、切粉の影響を受けにくくなり、安定した穿孔が可能となる。
（ｄ）ダイヤビット４は押付力が不足している状態で穿孔を行なうと空回りして切れ味が低下してしまい、目出し作業等によってダイヤビット４をメンテナンスして切れ味を回復させることが必要となるが、本発明では、ビット駆動軸の軸線方向とへの加振力と回転方向への加振モーメントを脈動して加えることにより、好適な状態で穿孔が行なえるので、ダイヤビット４が空回りしてしまうことを減少でき、ひいてはダイヤビット４のメンテナンス作業を低減できる。
（ｅ）ビット駆動軸３の軸線に直交する同一軸線上にビット駆動軸３の軸線を挟んで略対称の位置に対向して配設された２つの偏心ウエイト１５、１６を、同一軸線上に配設した駆動軸による偏心ウエイト駆動部で互いに逆回転駆動して、加振力と加振モーメントとを発生させるので、ハンマードリルの打撃機構による打撃力や振動ドリルの振動機構による振動力の如く、ダイヤビットなどのビット工具を変位させ得るほどの力をビット工具に加えてコンクリートを衝撃破壊する機構となっておらず、静音施工が可能となる。
（ｆ）偏心ウエイト１５、１６の起動を上記ビット駆動軸３の起動に対し遅延させることにより、ビット駆動軸３の回転駆動に遅延して加振力と加振モーメントとを発生させるので、ダイヤビットの回転のみによって穿孔を開始して穿孔位置を正確に確保してから、加振力と加振モーメントとを伴った穿孔作業を行なうので、ダイヤビット４の穿孔位置への位置決めが容易となり、操作性が向上する。

実際に、本発明の加振装置を搭載したコンクリートドリルを実施したところ、従来の加振装置を搭載したものに比べ、約２０％の穿孔速度の向上が確認できた。

なお、偏心ウエイト１５、１６の偏心量は加振力に基づいて決定すればよい。加振モーメントは偏心ウエイト１５、１６の軸線Ｐ、Ｑの交点からの距離を変更して調整すればよい。

なお、上記実施形態においては、略中実状のダイヤビットを用いたコンクリートドリルを用いて詳述したが、コアドリルと称される略中空状のダイヤビットを用いたコンクリートドリルに適用してもよい。

コンクリートドリルの斜視図である。上記コンクリートドリルの縦断面図である。上記コンクリートドリルの平面の要部断面図と偏心ウエイトと力の関係図（ａ）（ｂ）はそれぞれ遅延制御ブロック図である。加振装置が作動することによる効果を示すグラフ図である。

符号の説明

１コンクリートドリル
２装置本体
３ビット駆動軸
１５、１６偏心ウエイト

Claims

装置本体に収容した駆動源と、該駆動源によって回転駆動されるとともに上記装置本体の前方側に突出して設けられたビット駆動軸と、該ビット駆動軸の先端に取り付けられたダイヤビットとを備えたドリル工具において、
前記ビット駆動軸の軸線方向に作用して大きさが脈動する加振力と、前記ビット駆動軸の回転方向に作用して大きさが脈動する加振モーメントとを発生する加振装置部を有することを特徴とするドリル工具。
上記加振装置部は、上記ビット駆動軸の軸線に直交する同一軸線上に上記ビット駆動軸の軸線を挟んで略対称の位置に対向して配設された２つの偏心ウエイトと、上記同一軸線上に配設した駆動軸によって上記２つの偏心ウエイトを互いに逆回転駆動する偏心ウエイト駆動部とを有することを特徴とする請求項１に記載のドリル工具。
上記加振装置部は、上記駆動源による上記ビット駆動軸の上記回転駆動に遅延して、上記加振力と上記加振モーメントとを発生させるよう設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のドリル工具。