JP2007105988A - ドリルビット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップのビット本体への接合を確実且つ作業効率良く行うことができる安価なドリルビットとその製造方法を提供すること。
【解決手段】ビット本体の先端部に穿孔用のメインチップ４を接合して成るドリルビットにおいて、前記メインチップ４の底面をフラットとするとともに、該メインチップ４の前記ビット本体への接合面に凹み８等の少なくとも１つの凹部を形成し、該凹部（凹み８）にろう付け用金属（接合用金属）９を設ける。又、このようなドリルビットの製造方法において、該ドリルビットのメインチップ４に形成された凹部（凹み８）にろう付け用金属９を設けた状態で、該メインチップ４をビット本体に接合させて両者を加熱し、前記ろう付け用金属９が表面に溶け出した時点で労付け棒（溶接棒）によるメインチップ４の溶接を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、穿孔用のドリルビットとその製造方法に関するものである。

ドリルビットは、ハンマドリル等の先端に取り付けられてコンクリート等の各種材料の穿孔に供せられるが、その先端部は図４に示すように構成されている。

即ち、図４はドリルビットの先端部の斜視図であり、図示のドリルビットは、コンクリート用であって、主にコンクリートや岩石等の穿孔に用いられる工具であり、電動式のハンマドリルの先端に取り付けられ、これに回転と打撃が同時に加えられることによってコンクリートや岩石等の穿孔を行う。

而して、このドリルビットは、鋼材製の丸棒から成るビット本体１に螺旋溝２を切り、この螺旋溝３に連なって軸方向に延びる穿孔粉排出用の複数（図示例では、４つ）の溝３をビット本体１の先端部（ドリルヘッド）に形成し、ドリルヘッド最先端に１つのメインチップ４とその両側に配置される２つのサブチップ５を取り付けることによって構成されている。

ここで、上記メインチップ４とサブチップ５は超硬合金製であって、メインチップ４は、主にコンクリート等を破砕及び穿孔する機能を果たし、サブチップ５は、穿孔穴の真円度を安定させる機能を果たし、これらはろう付けによってドリルヘッド最先端に接合されている。即ち、図５にメインチップ４とサブチップ５を接合する前のドリルヘッド最先端の平面を示すが、同図に示すように、ドリルヘッド最先端には、ビット本体１の軸中心を通って軸直角方向に貫通する１つのビット溝６と、このビット溝６の両側において該ビット溝６に対して直角を成す２つの短いビット溝７が形成されている。そして、一方のビット溝６にはメインチップ４が嵌め込まれ、他方の２つのビット溝７の各々にはサブチップ５がそれぞれ嵌め込まれ、これらのメインチップ４とサブチップ５は、ろう付けによってビット本体１に接合される。

ところで、メインチップ４とサブチップ５のろう付けによる接合においては、一般的にビット本体１とメインチップ４及びサブチップ５をバーナー等によってそれぞれ高温に加熱し、これらを銅ろう付け及び銀ろう付けによって接合する（特許文献１，２参照）。
独国特許公開４１１４２６７号公報 米国特許第５，１９７，５５６号公報

上述のように、ビット本体１とメインチップ４及びサブチップ５のろう付けによる接合において、これらをバーナーによって加熱する場合には、先ず、ビット本体１とメインチップ４及びサブチップ５の表面温度が上がり、その後は時間の経過と共に内部の温度も次第に上昇する。このため、表面のろうは比較的早く溶け出すが、内部温度は未だ低いためにろうが溶けにくい。そこで、内部にも均一にろうを流し込むためには、時間を掛け、表面と内部の温度差が小さくなるまで加熱し、その後、ろう付け棒により表面からろうを流し込まねばならず、このような方法では、大気中で表面が酸化し、ろうがうまく流れないという不具合が生じるという問題があった。

又、穿孔作業においては、メインチップ４とサブチップ５は、その傾斜面４ａ，５ａと外周面４ｂ，５ｂでコンクリートを破砕しながら穿孔を行うため、それらの部分が摩耗或は欠損した場合には穿孔性能が低下し、このときドリルビットは寿命に達したものと見なされる。尚、ビット本体１に接合されたメインチップ４は、その接合面に必要な接合強度が確保できていれば該接合部分の面積が小さくても問題ない部分である。このメインチップ４の接合部分の面積は、タイプによっても異なるが、全体の面積の約８０％以上を占めており、このことは高価な材料を過剰に使用していることを示している。

他方、最近の世界情勢より、材料価格の高騰が著しく、特にドリルビットで用いられている超硬合金のような高価な特殊金属は入手経路を確保するのも難しくなりつつある。このため、チップの使用量をなるべく少なくする必要がある。又、前述のように、安価に短時間で均一なろう付けを行うのも難しい現状にある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、

請求項１又は２記載のドリルビットを製造する請求項４記載の発明によれば、内部の温度が適正温度に達した時点で接合用金属が表面に溶け出すため、この接合用金属の表面への溶け出しが目視にて確認された時点で、表面から溶接棒にてろう付けを行うことができ、作業者は内部温度が適正温度に達したことを知ることができ、チップのビット本体への接合を確実に且つ作業効率良く行うことができる。

又、本発明に係る製造方法によれば、特別な設備を要することなく接合作業を行うことができるため、ドリルビットを安価に製造することができる。

請求項３載の発明によれば、接合用金属に接合用溶剤を被覆したため、チップの接合用金属による接合が接合用溶剤によって一層強固になされる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明に係るドリルビットの先端部の構成及びチップを嵌め込むためのビット溝の形状は図４及び図５に示した従来のものと同様であるため、以下の説明では図４及び図５に付した符号をそのまま使用する。

本発明に係るドリルチップは、メインチップの構成とその接合方法に特徴があり、以下、それらについてのみ説明する。

図１（ａ）はメインチップの正面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、本実施の形態は、メインチップ４のビット本体１に形成されたビット溝６（図５参照）に嵌め込まれてビット本体１に当接する両側部に矩形溝状の凹み８をそれぞれ形成し、各凹み８に矩形プレート状の薄いろう付け用金属９を予め嵌め込んでセットしておくことを特徴とする。又、メインチップ４のビット本体１との接合面には、ろう付けを補助するためのフラックス等の接合用溶剤が塗布されるとともに、ろう付け用金属９として、接合用溶剤が予め被覆されたものが使用される。尚、メインチップ４は、通常、型成形によって製造されるため、これの両側部に凹み８を容易且つ安価に形成することができる。

ここで、メインチップ４とサブチップ５がそれぞれ嵌め込まれるビット溝６，７（図５参照）は、通常はビット本体１の先端部（ドリルヘッド）を横方向からカットすることによって形成されるため、それらの底面はフラットとなっている。このため、メインチップ４とサブチップ５の底面もフラットとなっている。

次に、メインチップ４のビット本体１へのろう付けによる接合方法について説明する。

メインチップ４をビット本体１の最先端部に接合するには、両側部に形成された凹み８にろう付け用金属９が予め嵌め込まれてセットされたメインチップ４をビット本体１に形成されたビット溝６に嵌め込む。この場合、前述のようにビット溝６の底面とメインチップ４の底面は共にフラットであるため、メインチップ４のビット本体１への位置決めが高精度になされる。尚、このとき、同時に２つのサブチップ５がビット本体１のビット溝７に嵌め込まれるが、ビット溝７の底面とサブチップ５の底面も共にフラットであるため、サブチップ５のビット本体１への位置決めも高精度になされる。

上述のようにメインチップ４とサブチッブ５がビット本体１側のビット溝６，７にそれぞれ嵌め込まれると、ビット本体１とメインチップ４及びサブチップ５がバーナー等で加熱される。そして、加熱が進んでビット本体１の内部温度が所定値に達した時点で、該ビット本体１のビット溝６に嵌め込まれたメインチップ４の両側部の凹み８にセットされているろう付け用金属９が溶け出して表面に出てくる。従って、このろう付け用金属９の表面への溶け出しを目視にて確認することによって、ビット本体１の内部温度がろう付けに必要な温度に達したことが確認される。そして、これが確認されると、表面から不図示のろう付け棒を押し付けてこれを溶かすと、表面及び内部にろうが全面に亘って回り、メインチップ４のビット本体１へのろう付けによる接合作業が終了する。ここで、メインチップ４には、その一側部のみに凹み８を形成しても良いが、本実施の形態のように両側部に凹み８を設けた方がメインチップ４の両面を均一にろう付けすることができる。又、本実施の形態では、ろう付け用金属９に接合用溶剤を被覆したものを使用した、メインチップ４のろう付け金属９による接合が接合用溶剤によって一層強固になされる。

尚、サブチップ５も同様にビット本体１にろう付けされて接合されるが、メインチップ４側にセットされたろう付け用金属９の表面への溶け出しが目視にて確認されると、サブチップ５もメインチップ４と同様にろう付けされる。

次に、本発明の別形態を図２及び図３にそれぞれ示す。尚、図２（ａ）、図３（ａ）は別形態に係るメインチップの正面図、図２（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

図２に示す形態では、メインチップ４の側部に円孔１０を貫設し、この円孔１０に円柱状のろう付け用金属１１を挿入している。

又、図３に示す形態では、メインチップ４の側部に矩形状の切り欠き１２を形成し、この切り欠き１２に矩形プレート状のろう付け用金属１３を挿入している。

而して、図２及び図３に示す形態においても、メインチップ４のビット本体１へのろう付けに際してバーナー等による加熱によってビット本体１の内部温度が所定値に達すると、該メインチップ４に挿入されたろう付け用金属１１，１３が溶け出して表面に出てくるため、このろう付け用金属１１，１３の表面への溶け出しを目視にて確認することによって、ろう付け棒によるろう付けを開始することができる。つまり、ろう付け用金属１１，１３の表面への溶け出しを目安として、ろう付け棒によるろう付けを開始することができ、このとき、表面温度と内部温度の差は小さく、ろう付けに最適な温度条件が保証される。

尚、図１に示した凹み８、図２に示した円孔１０及び図３に示した切り欠き１２等の凹部の形状は任意であって、これらの凹み８と円孔１０及び切り欠き１２を任意に組み合わせても前記と同様の効果が得られる。又、凹み８と円孔１０及び切り欠き１２に、ろう付け用金属９，１１，１３に代えてろう材の箔或は粉末を適量入れても前記と同様の効果が得られる。

ところで、ドリルビットは、その先端に取り付けられたメインチップ４及びサブチップ５にて軸方向にコンクリート等を打撃しつつ回転トルクにて穿孔するため、メインチップ４及びサブチップ５の接合強度或はメインチップ４及びサブチップ５に発生する応力が重要となる。

本発明に係るドリルビットでは、メインチップ４に図１に示す凹み８、図２に示す円孔１０或は図３に示す切り欠き１２を形成したため、メインチップの全面が均一にろう付けされる従来のドリルビットに比べてメインチップ４のビット本体１への接合面積が小さくなり、該メインチップ４の接合強度は低下する。このため、本発明に係るドリルビットにおいては、実作業時の荷重状態、応力分布等を把握した上でメインチップ４の寸法を決定することが望ましく、実作業時の荷重状態、応力分布等が把握できれば、メインチップ４を可能な限り減肉することができ、これによって、高価な超硬合金の使用量を少なく抑えて材料費を低減することができる。

次に、ドリルチップの従来の製造方法に対する本発明の製造方法の優位性について説明する。

従来のバーナーによる加熱でろう付け棒にてろう付けする方法では、内部の温度が表面温度に近づいたか否かの判断は専ら作業者の経験に勘に依存せざるを得ず、内部温度が適正温度に達していなかった場合には、表面のみにしかろうが行き渡らず、接合不良となってしまう。又、過剰に温度を上げ過ぎたり、或はドリルビットの先端部が長時間高温に晒されると、ビット本体とチップの熱膨張係数が互いに異なることから、チップ或はビット本体に割れが生じたり、更に表面が酸化することによってろう付け自体ができなくなってしまうという問題が発生する。

これに対して、本発明に係る製造方法においては、メインチップ４にろう付け金属９，１１，１３を有しているため、内部の温度が適正温度に達した時点でろう付け用金属９，１１，１３が溶けて内部から表面に金属が染み出てくる。従って、このろう付け用金属９，１１，１３の表面への染み出しが目視にて確認された時点で、表面からろう付け棒にてろう付けを行うことができ、作業者は内部温度が適正温度に達したことを知ることができ、メインチップ４及びサブチップ５のビット本体１へのろう付けによる接合作業を確実且つ作業効率良く行うことができる。

尚、他のろう付け法として、ろう材の板でメインチップ４及びサブチップ５表面の接合面全体を覆い、これらのメインチップ４及びサブチップ５をビット本体１側のビット溝６，７にそれぞれ挿入してろう付けする方法があるが、この方法では、加熱していくとメインチップ４とサブチップ５及びビット本体１の温度が上がり切らないうちにろうが溶け出すため、適正なろう付けができなくなる場合がある。

又、ろう付けするにはろう材に或る程度の厚みが必要となる。このため、ろう材の板が溶け出した際にチップとビット本体のビット溝との間にガタが発生し、チップの適正な位置での接合ができなくなってしまうという問題もある。

これに対して、本発明に係る製造方法では、メインチップ４及びサブチップ５とビット溝６，７との間に隙間は殆ど必要ないため、両者間にガタを生じることなくメインチップ４とサブチップ５を適正位置に正確に接合することができる。

又、一様に加熱するために誘導加熱を行いながらろう付けする方法、或は酸化させないために真空中でろう付けする方法があるが、これらの方法によれば設備費用が掛かって製造コストが上がってしまうという欠点がある。

これに対して、本発明に係る製造方法によれば、特別な設備を要することなく接合作業を行うことができるとともに、メインチップ４及びサブチップ５に使用される高価な超硬合金の重量を低減することができ、ドリルビットを安価に製造することができる。

本発明は、ビット本体の先端部に超硬合金製のチップをろう付け等によって接合して成るドリルビットとその製造方法に対して適用可能である。

（ａ）は本発明に係るドリルビットにろう付けされるメインチップの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は本発明の別形態に係るドリルビットにろう付けされるメインチップの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本発明構成図。 （ａ）は本発明の別形態に係るドリルビットにろう付けされるメインチップの正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 従来及び本発明に係るドリルビットの先端部の斜視図である。 従来及び本発明に係るドリルビットのビット本体に形成されたチップ嵌め込み用の溝を示す平面図である。

符号の説明

１ ビット
２ 螺旋溝
３ 穿孔粉排出用溝
４ メインチップ
４ａ メインチップの傾斜面
４ｂ メインチップの外周面
５ サブチップ
５ａ サブチップの傾斜面
５ｂ サブチップの外周面
６，７ ビット溝
８ 凹み（凹部）
９ ろう付け用金属（接合用金属）
１０ 円孔（凹部）
１１ ろう付け用金属（接合用金属）
１２ 切り欠き（凹部）
１３ ろう付け用金属（接合用金属）

Claims (4)

1. ビット本体の先端部に穿孔用のチップを接合して成るドリルビットにおいて、
   前記チップの底面をフラットとするとともに、該チップの前記ビット本体への接合面に凹み、孔又は切り欠きを含む少なくとも１つの凹部を形成し、該凹部に接合用金属を設けたことを特徴とするドリルビット。
2. 前記接合用金属を、ろう材の固体又は粉体或は箔で構成したことを特徴とする請求項１記載のドリルビット。
3. 前記接合用金属に接合用溶剤を被覆したことを特徴とする請求項１又は２記載のドリルビット。
4. ビット本体の先端部に穿孔用のチップを接合して成るドリルビットの製造方法において、
   前記チップの前記ビット本体への接合面に凹み、孔又は切り欠きを含む少なくとも１つの凹部を形成し、該凹部に接合用金属を設けた状態で、該チップをビット本体に接合させて両者を加熱し、前記溶接用金属が表面に溶け出した時点で溶接棒によるチップの溶接を開始することを特徴とするドリルビットの製造方法。

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