JP2010269443A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ドリルシャフトへの全頭の先端パーツの固定を安定したものとすることにある。
【解決手段】ドリルであって、超硬合金製の先端パーツ（１１）および鋼鉄製のシャフト（１２）を有し、先端パーツ（１１）はその下側面（２１）にて前記シャフト（１２）に接着により固定されている、該ドリルにおいて、下側面（２１）が円錐状に内側へと湾曲しているものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に回転打撃作動に適した全頭の先端パーツを有するドリルに関する。

建造物のためのドリルは、超硬合金製の刃と共に製造される。超硬合金、典型的には焼結したタングステンカーバイトの硬さは、石材と鋼鉄製の例えば鉄筋とを分離するのに十分なものである。全頭の先端パーツを有するドリルにおいては、先端パーツ全体が超硬合金から成る。この先端パーツは、継ぎ目において螺旋状のシャフトと連結されている。継ぎ目は、螺旋シャフトから先端パーツへ、および先端パーツから螺旋シャフトへの力の伝達の際に弱い箇所を構成し得る。特に、掘削の際に先端パーツが鉄筋に絡んでしまうと、先端パーツは、螺旋シャフトから剥離したり、ねじ取られたりされてしまう恐れがある。

したがって、本発明の課題は、ドリルシャフトへの全頭の先端パーツの固定を安定したものとすることにある。

先端パーツは、継ぎ目にて緩和されている固有応力を有するということが判明している。この応力は、ドリルの弱化につながっている。

本発明の一態様によれば、ドリルは、超硬合金製の先端パーツと、鋼鉄製のシャフトとを備え、先端パーツはその下側面において、シャフトに、接着により固定されている。下側面は、円錐状に内側へと湾曲している。ドリルは、広域にわたり均一な厚さを有し、このため、先端パーツの固有応力を減少につながる。

一実施形態において、下側面は円錐状とする。下側面の傾きは、先端パーツの切り刃の傾きから、２０度より少ない範囲で逸脱する。傾きの平均は、先端からへりまでの接線として特定することができる。素材厚さは、好適には、先端パーツの広域にわたり、特に切り刃の平面において、一定に構成するものとしても良い。これにより、高い内部強度および安定性を具えた先端パーツを製造することができる。

一実施形態において、シャフトの先端パーツ側の面は、凸湾曲を有するものとする。この凸湾曲は、少なくとも８０％を占めるものとしても良いし、また、シャフトの全横断面を占めるものとしても良い。

一実施形態において、先端パーツの下側面は、複数の凹部および／または突部によって粗面化される。これら凹部および／または突部の高さは、最高で、先端パーツの高さの１５％、好適には１０％であるものとする。

凹部および／または突部は、通常なら平坦である、全頭の先端パーツのシャフトとの継ぎ目に凹凸を作る。想定されるに、亀裂は、異なる素材の間の平面において、または１つの素材の異なる結晶面において伸延するものであるため、上記構成により、亀裂成長を効果的に抑制することができる。亀裂成長を防止する観点からは、高さを１５％以上としても、効果にそれ以上の変化が見られない。何重もの突部および／または凹部を有する、機械的に安定した超硬合金製先端パーツの下側面を製造するコストは、突部および凹部の高さに応じて有意に上昇する。高さを５〜１０％とすることは、優れた亀裂抑制と機械的安定性とから好適である。突部および凹部は、好適には、典型的な表面の粗さよりも、０．０５ｍｍよりも小さい値で大きい。

一実施形態において、下側面はシャフトと接着により連結される。この接着は、シャフトを先端パーツに直接溶接することにより成される。この代替として、固定用の補助素材またははんだ素材製の薄片を用いても良い。

一実施形態において、凹部および／または突部の幅の、その高さに対する比が、０．５、好適には０．７５よりも大きく、および／または、４、好適には３よりも小さいものとする。高さよりも有意に小さい幅を有する凹部は、亀裂を抑止する効果は小さい。突部は基本的にははがれやすいものである。幅が一定の大きさを超えると、亀裂は、妨げられること無く、凹部または突部の結晶面に沿って成長し得る。凹部および／または突部の表面のカーブ半径は、各方向において０．１ｍｍよりも大きくあるべきである。エッジまたは尖った先端は、亀裂の開始時に簡単に裂けやすい箇所となる。このため、これらによっては効果的な防止効果が得られない。好適には、ピラミッド型の凹部および突部のエッジおよび尖った先端は丸く加工する。

一実施形態において、凹部および／または突部は、ドリルの長手方向軸線を中心として延在するリング状の線に沿って設けられる。さらに、凹部および／または突部は、複数の互いに同心に設けられたリング状の線に沿って設けるものとしても良い。リング状の線とは、閉じた線を意味し、その形状は、円形でも楕円でも良いし、この二つ以外の形状でも良い。凹部および／または突部自体をリング状に構成しても良く、または線に沿って中断するものとしても良い。すなわち、中断する凹部は、リング状の線上に配置された複数の個々の凹部から成る。リング状の線は、先端パーツのへりからドリルの軸線までの半径方向距離を、一定の比率で分割するものとしても良い。

一実施形態において、凹部および／または突部は、格子点上に設ける。格子点とは、格子線の交点を指す。格子は、２方向への、それぞれ平行に走る格子線により規定される。先端パーツは、２つの切り刃を備えるものとしても良く、第１格子線は、第１切り刃に平行に、また、第２格子線は、第２切り刃に平行に延在するものとしても良い。凹部および／または突部は、格子線に沿って中断するものとしても良い。

ドリルは、螺旋を有するシャフトを備えるものとしてもよい。

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態例を詳述する。

本発明ドリルの側面図である。 先端パーツの縦断面図である。 図１に示す先端パーツの下側端面図である。 他の実施形態における先端パーツの下側端面図である。 他の実施形態における先端パーツの下側端面図である。

各図中、特に言及されない限り、機能的に等しい素子は同じ符号で示される。

図１は一実施形態における本発明ドリル１０を示す。ドリル１０は、先端パーツ１１およびシャフト１２を備える。シャフト１２は、螺旋状に構成されている。先端パーツ１１は、継ぎ目１３においてシャフト１２と連結されている。

先端パーツ１１は、超硬合金から形成される。超硬合金は、例えば、焼結したタングステンカーバイドのクラスに属する。タングステンカーバイドは、例えば直径０．８〜１０ｕｍの粒子として存在する。結合材、例えばコバルトやニッケルは、例えば２０％よりも少ない割合で添加される。

先端パーツ１１は、その前端面１４に切り刃１５，１６を備える。好適には、先端パーツ１１の備える第１切り刃１５および第２切り刃１６は、互いに角度１７を成すものとする。この角度１７は、６０〜９０度とする。切り刃１５，１６は、先端１８を形成するものとする。切り刃１５，１６の、先端パーツ１１の軸線２０に対する傾き１９の平均は、例えば７０〜９０度とする。傾き１９の平均は、先端１８およびへりに接する直線より特定され得る。

シャフト１２は鋼鉄から形成するものとしても良い。

先端パーツ１１とシャフト１２とは、まず別々に製造され、後に連結される。先端パーツ１１の製造工程においては、まず、粒子と結合材とから成る圧粉体がブランクへとプレスされ、その後圧粉体は焼結される。シャフト１２は、例えば切削または転造によって製造することができる。

図２および図３に示すのは、一実施形態における本発明先端パーツ１１の先端パーツ１１の軸線２０に沿った断面図と、先端パーツ１１の下側面２１の端面図である。

先端パーツ１１の下側面２１には、凹所２２が設けられても良い。凹所２２は、先端パーツ１１の横断面全体の少なくとも８０％を占めるものとする。凹所２２は、先端パーツ１１の軸線２０に対して円錐形を成すものとしても良い。凹所２２の円錐状外套面は、軸線２０に対し７５〜８５度の、ある角度２５で傾くものとすることができる。凹所面２６の傾き２５は、切り刃１５の傾き１９の平均に近くなるように選択する。傾きの逸脱は、２５％よりも小さく、好適には２０度よりも小さいものとする。軸線２０に沿って計測される先端パーツ１１の厚さ２９は、好適には、軸線２０からの各距離において、好適には、少なくとも切り刃１５，１６の領域において、ほぼ均一であるものとする。切り刃１５，１６の領域における厚さの分散は、２０％よりも小さいものとし、好適には厚さの平均の１０％よりも小さいものとする。

下側面２１には、凹所２２を、好適には完全に囲む、縁８０を設ける。縁８０は、先端パーツ１１の外側輪郭に沿って延在する。縁８０は、内面８１を備える。内面８１は、軸線２０に平行に延在するものとしても良い。しかし、好適には、面８１は、軸線２０に対して２０〜４０度の傾きで延在するものとしても良い。縁の高さ８２は、先端パーツ１１の全高の約１０〜２０％とする。縁の幅８３は、先端パーツ１１の直径の約５〜１０％とする。

凹所面２６には、リング状の突部３０が構成される。突部３０は、先端パーツ１１の軸線２０の周りに同心に設けられる。突部３０および先端パーツ１１は、好適には同じ素材から成るものとする。突部３０は、下側面２１に、ブランクの焼結前に刻み付けられるものとしても良い。

突部３０の横断面は、好適には、ほぼ半円形状とする。突部３０の高さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとする。突部３０の高さは、先端パーツ１１の高さ２８の１５％以下とし得る。好適には、突部３０の幅は０．２ｍｍ〜４．０ｍｍとする。突部３０は、好適には角を有さず、突部のカーブ半径は、好適には各方向に０．１ｍｍよりも大きいものとする。先端パーツ１１の軸線２０には、ドーム状突部３２が取付けられても良い。ドーム状の突部３２は、好適には、突部３０の高さと同様の高さ、すなわち、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる。その直径は、例えば２ｍｍ〜４ｍｍとする。

突部３１は、例えば図３に示すように、その円形の線が中断する（途切れる）ものとしても良い。特に、切り刃１５，１６と軸線２０とが成す平面の円形の線が中断するものとできる。

図４に示す、一実施形態における下側面３４は、突部３５を有する。突部３５は、リング状である（すなわち、閉じている）。突部３５の輪郭は、先端パーツ１１の星型形状に追随する。突部３５の先端パーツ１１の軸線２０からの半径方向距離は、切り刃１５の角度領域３６において、他の領域よりも大きい。軸線２０から先端パーツ１１のへりまでの半径方向距離は、突部３５によって各角度方向において２つの部位７０，７１に分割され、これらの部位は、等しい長さ比を有する。軸線２０の領域には、横断面形状が、例えば先端パーツの周囲形状と同じ形状である星型突部３７を設けても良い。突部３５は、その線において複数回途切れるものとしても良い。特に、突部３５は、軸線にから、切り刃１５，１６に平行に中断するものとしても良い。

図５に示す一実施形態における下側面３８は、複数の突部４０を有する。突部は、格子４１の交点に取付けられる。格子４１の線は、好適には先端パーツの第１切り刃１５もしくは第２切り刃１６に平行である。図示される実施形態例において、第１切り刃１５と第２切り刃１６とは、互いに直交する。先端パーツ１１が他の形状をとる場合、切り刃は、６０〜９０度の角度で延在する。

突部４０は、格子４１の双方の方向に画定される。最大寸法に沿って、すなわち、切り刃１５，１６の平面において、少なくとも１０個の突部４０が離散的に取付けられている。溶接プロセスの後の内部の熱機械応力は、突部４０によって低減される。ここにおいて、突部４０は個数多く設けたほう、個数が少ないより、およびこのため大きい突部よりも好適に作用する。応力の小さい領域に亀裂が入り込み、継ぎ目を貫通するには、多大な力が必要となる。

突部４０は、格子４１の上の代わりに、先端パーツ１１の下側面にて半径方向に延在する線にそって設けられるものとしても良い。突部４０は、半径方向の線上において、複数回中断するものとしても、全長にわたり延在するものとしても良い。

下側面から突出する突部を設ける代わりに、下側面に凹部を設けても良いものとする。

１０ ドリル
１１ 先端パーツ
１２ シャフト
１３ 継ぎ目
１４ 前端面
１５ 切り刃
１６ 切り刃
１７ 角度
１８ 先端
１９ 傾き
２０ 軸線
２１ 下側面
２２ 凹部
２５ 角度
２６ 凹所面
２８ 高さ
２９ 厚さ
３０ 突部
３１ 突部
３２ 突部
３４ 下側面
３５ 突部
３６ 角度領域
３７ 星型突部
３８ 下側面
４０ 突部
４１ 格子
８０ 縁
８１ 内面
８２ 高さ
８３ 幅

Claims (9)

1. ドリル（１０）であって、超硬合金製の先端パーツ（１１）および鋼鉄製のシャフト（１２）を有し、前記先端パーツ（１１）はその下側面（２１）にて前記シャフト（１２）に接着により固定されている、該ドリルにおいて、
   前記下側面（２１）が円錐状に内側へと湾曲していることを特徴とするドリル。
2. 請求項１記載のドリルにおいて、前記先端パーツ（１１）は、前記シャフト（１２）に継ぎ合わされていることを特徴とするドリル。
3. 請求項１または２記載のドリルにおいて、前記下側面（２１）の傾きが、前記先端パーツ（１１）の切り刃の傾きから、２０度より少ない範囲で逸脱していることを特徴とするドリル。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載のドリルにおいて、前記先端パーツ（１１）の厚さ（２９）の逸脱は、切り刃（１５，１６）と軸線（２０）とが成す平面において、前記先端パーツ（１１）の厚さの平均の２０％よりも小さいことを特徴とするドリル。
5. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載のドリルにおいて、前記シャフトの前記先端パーツ（１１）側の面は、凸湾曲を有することを特徴とするドリル。
6. 請求項５記載のドリルにおいて、前記凸湾曲は、前記シャフト（１２）の横断面の少なくとも８０％を占めることを特徴とするドリル。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項記載のドリル（１０）において、前記下側面（２１）は、凹部および／または突部（３０）を備え、これら凹部および／または突部（３０）の高さは、最高で、前記先端パーツ（１１）の高さ（２８）の１５％であることを特徴とするドリル。
8. 請求項７記載のドリルにおいて、前記凹部および／または突部（３０）の幅のその高さに対する比が０．５〜４．０であることを特徴とするドリル。
9. 請求項７または８記載のドリルにおいて、前記凹部および／または突部（３０）の表面のカーブ半径は、各方向において０．１ｍｍよりも大きいことを特徴とするドリル。

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