JP2006326996A - ドリルビット - Google Patents

Abstract

【課題】 穿孔速度を向上させ、耐摩耗性と耐衝撃性を併せ持つ切刃有するドリルビットを提供することである。
【解決手段】 上記課題は切刃のすくい角を鋭角的に設定するとともに、切刃のＷ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの炭化物とバインダであるＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉの重量組成比率、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの炭化物粒径を規定することにより達成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転及び随意に打撃を加えるドリル工具に使用され、コンクリートや石材等を穿孔するためのドリルビットに関するものである。

コンクリート、石材、岩盤等に穴あけをする場合には、ＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉを結合材としたＷ炭化物を主成分とする超硬合金の切刃を有するドリルビットに打撃を与えながら回転させる、例えばハンマードリル等によって穴あけするのが一般的である。ここで作業者の負担を出来るだけ少なくするためドリルビットに求められる特性は、穿孔速度の向上にある。例えば、コンクリート圧縮強度が３０Ｍｐａで下向きで穴をあける場合、ドリルビット径が４０ｍｍでは１分間に約４０〜５０ｍｍ程度しか穴があかず、ハンマードリルを扱う作業者には大きな負担となっていた。

特表２００１−５１４０８３号公報

上記した従来の切刃組成は、Ｗの炭化物とＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉを約４０〜９０重量％を含む例が示され、またＣｏの含有量も少なくとも４０重量％を含む例が示され、切刃のすくい角の明確な表示はなされていないが、硬度がＨｖ９７０とあるように硬質な切刃で岩盤等に穿孔していくものである。一般的にドリルビット用の切刃は、打撃を加えられるため欠けることが多く、硬度としてはＨｖ９００〜１４００の範囲で使用されるのが常であった。また切刃すくい角はおよそ３０〜３５度にあり、穿孔速度を向上させるには、切刃のすくい角をより鋭角的にしなければならない。

しかしながら単純にすくい角を鋭角にすると、切刃の耐摩耗性が低下し寿命が短くなる。耐摩耗性を向上するには、一般にバインダーであるＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉを極力少なくして切刃硬度を上げれば良いが、硬度を上げ過ぎると靭性が低下して切刃が脆くなり、欠け、折損が問題となっていた。

そこですくい角を鋭角的にした場合でも、耐摩耗性と耐衝撃性を兼ねそなえた切刃を有するドリルビットが望まれている。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載のドリルビットは、切刃すくい角を０〜＋２８度にして穿孔速度を上げることである。すくい角を−５度にした場合、穴あけ速度の伸び率はすくい角０度に比し余り上昇しない。これは切粉の排出量が増え、切粉の排出が間に合わなくなり穿孔内につまる現象によるものである。

さらに切刃の抵抗も増え、欠け折損が見られたことから下限を０度にした。

Ｗの炭化物粒径において１μｍ以下の微粒を用いた理由は、Ｗの炭化物粒径を２〜５μｍにすると、硬さが得られ難くなるためである。つまり炭化物粒径間隔が広くなり、炭化物を結合するバインダーの役割を持つＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉの分布面積が広がり硬度が上がらない。またＷの炭化物粒径が大きいと切削抵抗により表面からＷの炭化物が脱落した場合、バインダー層が軟質なため、摩耗しやすくなる。これを１μｍ以下の微粒を用いると炭化物粒径間隔が狭く、ＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉの分布面積が狭くなり硬度が上がり、しかもＷの炭化物粒径が小さいので表面から脱落した場合でも影響は小さく、摩耗も少ない。結合材のＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉを７〜１３％配合した理由は適度に靭性を持たせるとともに切刃硬度を上げるためである。バインダ量を多くすることで靭性は向上するが、Ｗの炭化物量が減り、硬度が下がるため上限を１３％、また、靭性低下を来たして破損が発生しやすくなる量であった７％を下限値に設定した。

Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂの炭化物重量比を０．５〜３％に設定した理由は、切刃の耐熱耐酸化性の低下によるマイクロクラックの発生を考慮したもので、その比率は作業条件により異なるものの、これらの範囲を逸脱するといずれも靭性低下を招きやすい。以上のように穿孔速度を上げるとともに、切刃に耐摩耗性を持たせドリルに必要な衝撃性を確保した組成、粒径としたことを特徴とする。

請求項２記載のドリルビットは、請求項１記載の特徴に加えて、微粒炭化物の重量比を８０％以上とした理由は、これよりも少ない場合は、所望のＨｖ１４５０以上の硬度が得られず耐摩耗性が低下することによる。また硬度範囲をＨｖ１４５０〜１９００に限定した理由は、Ｈｖ１４５０以下では市販品と同レベルの耐摩耗性であったこと、Ｈｖ１９００以上になると耐衝撃特性が低下し欠けが発生したことによる。以上のように切刃に耐衝撃性を持たせたまま、最適硬さが得られる組成としたことを特徴とする。

請求項１記載による本発明のドリルビットは、固着された切刃のすくい角をより鋭角としたので穿孔速度が上がり、硬さと靭性を併せ持つものとなる。

請求項２記載のドリルビットは、請求項１記載の特徴に加えて、さらに切刃に耐摩耗性を付与したので、長期間の使用に耐え得るものとなる。

本発明ドリルビットの実施形態の一例を、図１〜図５を参照して説明する。図１において、ドリルビット１は図示しない工具に把持されるシャンク部２と、１個の切刃４、２個の脇刃５、６がほぼ直角に交差するドリルヘッド３と、シャンク部２とドリルヘッド３を繋ぐ、螺旋部分７から構成される。図２、図３において、矢印方向にドリルビット１は回転し、切刃４と２個の脇刃５、６の位置関係は、ドリルビット１の軸方向にあっては穿孔時、被削材に対し最初に切刃４が必ず当たるように、脇刃５，６は切刃４より低くなるようドリルヘッド３に取り付けられる。また、半径方向においては、脇刃５，６は切刃４の半径方向長さ以下に取り付けられる。切刃４は山形形状を成し、２箇所の回転方向前面側にすくい面８、９を有し、各々のすくい角θは約＋２０度に設定される。切刃４の組成はＣｏを重量比で１１％、Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂの炭化物重量比を１％、残りがＷの炭化物からなり、さらに炭化物の粒径が０．６〜１μｍの混粉を重量比で８５％に設定した。また脇刃５，６は、ほぼ長方体形状を成し、ドリルビット１の軸心に対し平行に固着され、ドリルヘッド３の先端側の回転方向前面側に各々脇刃すくい面１０，１１を有し、脇刃すくい角を成す。このときの脇刃５，６の脇刃すくい角は約＋３５度、組成、硬度、その他は切刃４と同一である。

以上のように構成されたドリルビット１を図示しないハンマードリルに取付け、図示しないコンクリート等に衝撃的に打撃を加えながら孔あけ作業を行う。切刃４は被削材を削る役割を有し、脇刃５、６は切刃４の切込量を制限する役割を有する。

すなわち切刃４が図示しない被削材に食込むさいに脇刃５、６が被削材に突当たり、それ以上に切刃４の食込みを阻止する。特に図示しない鉄筋等を切断する場合に有効であり、切削抵抗を低減し、切刃４の折損を防ぐものである。さらには切刃４により発生した大きな切削屑を細かく砕き、切粉を外部に排出しやすくするとともに、真円に近く穿孔するため、半径方向にドリルビット１が暴れるのを防ぐガイドの役割も併せ持つ。図４にすくい角θと下向きの穿孔速度の関係、図５に１００ｍ穿孔後、切刃４の最外周部の刃先摩耗巾を示す。穴あけ作業はハンマードリルを用い、ドリルビット径が４０ｍｍ、コンクリート圧縮強度が３０Ｍｐａ、下向きでハンマードリル押付力は１００Ｎである。この結果から明らかなように、従来の切刃４のすくい角θが３０〜３５度の場合に比し、すくい角θが鋭角になるほど穿孔速度が上がり、従来の切刃４の硬度Ｈｖ１３００に比し、摩耗量は少なく長寿命化が達成される。なお、脇刃５、６の脇刃すくい角を＋３５度に設定したのは、大きな切削屑を潰す役割と切込量を制限しているためで、脇刃すくい角を鋭角にすると摩耗が激しくなり、切込量が変わることがあるものの、脇刃すくい角は特に限定するものではないし、組成、硬度、その他は切刃４と同一でなくとも何ら問題はない。

本発明によるドリルビットを示す一部省略側面図である。 本発明によるドリルビットの先端部を示す一部省略拡大側面図である。 本発明によるドリルビットの先端部より見る平面図である。 本発明によるドリルビットの穿孔速度比較をしたものである。 本発明によるドリルビットの切刃の耐摩耗性を比較したものである。

符号の説明

１はドリルビット、２はシャンク部、３はドリルヘッド、４は切刃、５、６は脇刃、８、９はすくい面、１０，１１は脇刃すくい面である。

Claims (2)

1. コンクリート等に穴を開けるための工具本体に取付けられるシャンク部と切刃のみ、または切刃と脇刃を有するドリルヘッド部と、シャンク部とドリルヘッド部とを繋ぐらせん溝からなるドリルビットにおいて、前記ドリルヘッド部に設けられた切刃のすくい角度が０〜＋２８度であって、その組成においてはＣｏまたはＣｏ＋Ｎｉを重量比で７〜１３％、Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｎｂの炭化物とその他の含有組成が重量比で０．５〜３％、残りがＷの炭化物からなり、かつＷの炭化物粒径を１μｍ以下としたことを特徴とするドリルビット。
2. 前記Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗにおいて１μｍ以下の炭化物の重量比を８０％以上とし、ビッカース硬度がＨｖ１４５０〜Ｈｖ１９００であることを特徴とする請求項１記載のドリルビット。
   

Images