JP2011056656A

JP2011056656A - ドリルおよび製造方法

Info

Publication number: JP2011056656A
Application number: JP2010156498A
Authority: JP
Inventors: Arno Glaser; グレイザーアーノ; Steven Moseley; モーズリースティーブン; Michael Bischoff; ビショフミヒャエル
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2011-03-24
Also published as: US8777527B2; CN101966603B; EP2279827B1; EP2279827A1; DE102009028020A1; CN101966603A; US20110020085A1; DE102009028020B4

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】本発明ドリルは、超硬合金製の先端パーツと、焼結鉄合金製のシャフトまたは連結部材とを有する。焼結超硬合金は、焼結鉄合金と焼結工程によって接着により固定される。また、本発明ドリルの製造方法は、以下の工程、即ち、予備焼結した、超硬合金製先端パーツを生成する工程、継ぎ目を有するシャフトまたは連結部材のブランクを生成する工程、および、予備焼結した先端パーツをシャフトまたは連結部材のブランクに当接させて、シャフトまたは連結部材のブランクを焼結する工程、を有する。
【選択図】図１

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。さらに、本発明は、ドリルの製造方法に関する。

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。

本発明ドリルは、超硬合金製の先端パーツと、焼結鉄合金製のシャフトまたは連結部材とを有する。焼結超硬合金と焼結鉄合金とは、焼結工程によって接着（溶接・溶着）により固定される。焼結された接合部は、溶着による接合部とは異なり、溶解した領域を有さない。接合部の領域において、超硬合金、例えばタングステンカーバイドと鉄合金とは、互いに拡散する。これにより、素材間の接着（溶接・溶着）が得られる。シャフトまたは連結部材の焼結鉄合金の残留有孔度は、典型的には溶解による同じ素材と比較した場合、密度が小さい。この密度の差異は、例えば、１％〜５％に及ぶ。

一実施形態において、シャフトまたは連結部材は、先端パーツが部分的に嵌り込む凹所を備える。先端パーツは、熱機械応力によりに凹所に挟み込まれる。超硬合金は、焼結の温度において、基体または連結部材の凹所の鉄合金よりも小さい熱膨張係数の平均値を有するものとしてもよい。熱機械応力は、ドリルを高温で製造した後に、冷却される際に発生する。

一実施形態において、鉄合金は、少なくとも４５重量％、好適には少なくとも６０重量％の鉄を含有する。鉄の割合を増やすことで、シャフトに十分な柔軟性が備えられ、また、連結部材の好適な用途においては、スチール製のシャフトに好適に溶着され得るようになる。

一実施形態において、先端パーツは、その下側面に少なくとも１つの軸部を備え、この軸部は凹所に嵌め込まれるものである。

一実施形態において、先端パーツは、１つの切刃で構成される。他の実施形態において、先端パーツは、少なくとも２つの一体に構成された切刃を備える。

本発明、ドリルの製造方法は、以下の工程、即ち：
予備焼結した、超硬合金製先端パーツを生成する工程、
継ぎ目を有するシャフトまたは連結部材のブランクを生成する工程、および、
シャフトまたは連結部材のブランクを焼結する工程であって、このとき先端パーツは継ぎ目においてブランクと接しており、例えば、ブランクの継ぎ目領域の凹所に嵌め込まれている、工程、
を備える。

一実施形態において、シャフトまたは連結部材のブランクは、圧縮成形または射出成形により生成される。

一実施形態において、連結部材はシャフトにハンダ付け、または接着される。

一実施形態において、超硬合金は、タングステンカーバイドと、少なくともコバルト、ニッケル、鉄、クロム、またはモリブデンの群から少なくとも一種の金属と、を含有する。

一実施形態において、鉄合金は、２５重量％〜５５重量％のニッケルを含有する。この鉄−ニッケル合金は、特に優れた、焼結による接合特性を呈する。これは、その熱膨張係数が、超硬合金との比較に値するほどの小さい値であるような小さいことに関係すると予想される。

一実施形態において、鉄合金は、コバルト、クロム、およびチタンの群のうち一または複数の元素を最大で２０重量％含有する。

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。図１に示す先端パーツの側面図である。図１に示すドリルの連結部材である。

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に示すのは、特にチゼル掘削への適用に適したドリル１０の一実施形態である。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、実質的にシリンダ状であり、その差込終端部１５領域に、螺旋部１３および溝１４を備える。

先端パーツ１１は、連結部材１６を介してシャフト１２に固定される。先端パーツ１１は、その下側面１７において、焼結工程によって生成される拡散層を介して、連結部材１６の一方の面１８と接着により連結する。加えて、先端パーツ１１は、連結部材１６と、熱機械的に摩擦により連結するものとしてもよい。シャフト１２は、連結部材１６の他方の面１９と接着、好適にはハンダ付けや溶着により連結する。

図２に示すのは、ドリル１０の他のパーツは省いた、先端パーツ１１のみである。この例示的先端パーツ１１は、２つの切刃２０，２１を備える。双方の切刃２０，２１は、６０ー〜９０ーの角度で交差する。先端パーツ１１の下側面１７からは、例えば軸部２２または他の突出する素子が突出する。

先端パーツ１１は、全頭形状とされる。切刃２０，２１および軸部２２を含む全先端パーツ１１は、ある素材、即ち超硬合金から成る一体の素子とする。超硬合金は、硬質材料フェーズとして、焼結タングステンカーバイドのクラスの素材を含有するものとしても良い。タングステンカーバイドは、全超硬合金の少なくとも７０％を占める。クラスのうち一または複数のカーバイド、例えば、チタンカーバイド、バナジウムカーバイド、タンタルカーバイド、ニオブカーバイド、タンタルニオブカーバイド、モリブデンカーバイド、クロムカーバイド、ジルコニウムカーバイド、およびハフニウムカーバイドを、タングステンカーバイドに添加しても良い。タングステンカーバイドは、例えばコバルト、ニッケルから成る結合材からなる基質において粒子として存在し、その直径は、例えば０.４〜１５mｍ、例えば好適には、０.８mｍより大きく、および／または１０mｍよりも小さいものとする。硬質材料フェーズは、全混合の７０％〜９８％、好適には、８０％〜９８％を占めるものとする。結合材は、好適には、２％〜３０％、好適には５％〜２０％添加する。素材の割合は、重量パーセントで示すものである。

図３に示すのは、連結部材１６の図１中のA−A線上の断面図である。連結部材１６の横断面は、好適には、先端パーツ１１の下側面１７の形状に相当する。連結部材１６は、軸部２２を形状ロック的に受ける凹所２３を備える。凹所２３の横断面は、好適には、軸部２２の横断面と同じものとする。凹所２３の横断面は、図示するように、四角形状としてもよい。好適には、凹所２３の辺２４は、切刃２０，２１に平行に配向される。辺２４は、切刃２０，２１の幅の２０％〜５０％としてもよい。軸線方向に延在する凹所の角部２５は、好適には丸く面取りされる。

連結部材１６は、好適には、焼結可能な鉄合金から成る。
焼結可能な鉄合金を一例に挙げると、例えば５％〜５５％のニッケルと、少なくとも４０％の鉄を含有する。連結部材１６の鉄合金の組成は、鉄合金の熱膨張係数が、先端パーツ１１の超硬合金の熱膨張係数よりも大きくなるように選択される。

一実施形態において、好適には、熱膨張係数の小さい鉄合金が用いられる。このような合金の例としては、３２％〜５５％の高い割合でニッケルを含有する鉄ニッケル合金が挙げられる。ニッケルの代わりに、ニッケル，コバルト、クロム、およびチタンの群のうち、一または複数の元素を合計２５％〜６０％含有する鉄合金が用いられてもよく、コバルト、クロム、およびチタンは、合わせて最大で３５％を占める。硬化のため、ニオブ、バナジウム、タングステン、モルビデン、シリジウム、およびアルミニウムの群のうち、一または複数の素子を、最大で合計１５％添加しても良い。さらに他の金属添加物、例えば、マンガン、カーボン、ボロンおよびセレニウムは、最大で合計２％添加される。残りは鉄が占める。

第１鉄合金は、３２％〜５２％のニッケル、および最大で２％の他の金属添加物を有し、残りは鉄である。第２鉄合金は、ニッケルの含有量は少なく、例えば、２５％〜５２％のニッケルを有し、これに２％〜１０％のクロム、最大５％のチタンが添加され、残りは鉄とする。第３鉄合金は、２７％〜３４％のニッケル、および最大２０％のクロムを有し、残りは鉄である。第３鉄合金は、２７％〜４６％のニッケル、１２％〜１６％のクロム、および最大で８％の他の金属添加物を有し、残りは鉄である。各鉄合金のうち、少なくとも４６％は鉄とする。

シャフト１２は、スチール製とする。スチールは、好適には精製されていないか、精製度合いが低いものとし、すなわち、スチールには、それぞれ５％より少ない割合で他の物質が混ざり、特にスチールは、２％より少ない割合でニッケルを有する。

鉄合金製の連結部材１６は、スチール製のシャフト１２に、好適にはハンダ付けされるか、または溶着される。継ぎ目の品質の向上は、連結部材１６に含まれる鉄の割合を増やすことで実現される。

先端パーツ１１は、粉末射出成形により製造される。金属結合材、例えばコバルト、ニッケル、鉄、クロム、モリブデンなどの金属結合材および有機基質と混ぜられた、超硬合金、例えばタングステンカーバイドの粒は、所望の形状へと圧縮成形される。この代替として、混合物が所望の形状へと射出されるものとしても良い。有機基質は、抽出される。この状態における製品はブランクと呼ばれるものである。先端パーツ１１のブランクは、ほぼ後の先端パーツ１１の形状を有する。熱処理中、即ち例えば９００ーC以上の温度での焼結中、中間の空間は閉じ、有機基質が抽出されることで留まる。この際、ブランクは、可能な限り等方性に縮小する。

連結部材１６もまた同様に、粉末射出成形により製造される。鉄合金は粒の状態で有機基質に混ぜられ、所望の形状へと圧縮成形される。この代替として、混合物は所望の形状へと射出されるものとしても良い。続いて有機基質が抽出され、連結部材１６のブランクが製造される。

連結部材のブランクには、焼結された先端パーツ１１が載置される。このとき、軸部２２は凹所２３内に嵌め込まれる。続いて、連結部材１６のブランクが焼結される。鉄合金の焼結は、高温、例えば、９００〜１３００ーCのあいだで行われる。焼結のあいだ、連結部材１６のブランクは縮小するが、中空空間は、有機基質が抽出されることで留まり、閉じる。焼結された連結部材１６は、好適には焼結した先端パーツ１１に形状ロック的に連結される。焼結の高温から冷却するあいだ、先端パーツ１１および連結部材１６は、その熱膨張係数に応じて縮む。連結部材１６の熱膨張係数を中程度としたことで、連結部材１６は、先端パーツ１１よりも強く収縮する。これにより、軸部２２は連結部材の凹所に熱機械的に挟み込まれる。

１０ドリル
１１先端パーツ
１２シャフト
１３螺旋部
１４溝
１５差込終端部
１６連結部材
１７下側面
１８一方の面
１９他方の面
２０切刃
２１切刃
２２軸部
２３凹所
２４辺
２５角部

Claims

超硬合金製の先端パーツ（１１）と、焼結鉄合金製のシャフト(１２)または連結部材(１６)とを有するドリル(１０)において、前記超硬合金と前記焼結鉄合金とは、焼結工程によって接着により固定されることを特徴とするドリル。
請求項１記載のドリルにおいて、前記シャフト(１２)または前記連結部材(１６)は、凹所(２３)を備え、該凹所（２３）内には、前記先端パーツ(１１)が部分的に嵌め込まれ、前記先端パーツ(１１)は、熱機械応力によって前記凹所(２３)内に挟み込まれるものであることを特徴とするドリル。
請求項１または２記載のドリルにおいて、前記超硬合金は、タングステンカーバイドと、コバルト、ニッケル、鉄、クロムまたはモリブデンの群から少なくとも一種の金属と、を含有することを特徴とするドリル。
請求項１〜３のうちいずれか一項記載のドリルにおいて、前記焼結鉄合金は、少なくとも４５重量％の鉄を含有することを特徴とするドリル。
請求項４記載のドリルにおいて、前記鉄合金は、２５重量％〜５５重量％のニッケルを含有することを特徴とするドリル。
請求項４または５記載のドリルにおいて、前記鉄合金は、コバルト、クロム、およびチタンの群のうち一または複数の元素を、最大で２０重量％含有することを特徴とするドリル。
請求項１〜６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)は、その下側面(１７)に少なくとも１つの軸部(２２)を備え、前記軸部(２２)は前記凹所(２３)に嵌め込まれるものであることを特徴とするドリル。
請求項１〜７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)は、少なくとも１つの切刃で構成されたものであることを特徴とするドリル。
請求項１〜７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)は、少なくとも２つの一体の切刃(２０，２１)を備えることを特徴とするドリル。
ドリルの製造方法であって、以下の工程、即ち：
予備焼結した、超硬合金製先端パーツを生成する工程、
継ぎ目を有するシャフトまたは連結部材のブランクを生成する工程、および、
前記予備焼結した先端パーツを前記シャフトまたは前記連結部材の前記ブランクに当接させて、前記シャフトまたは前記連結部材の前記ブランクを焼結する工程、
を有することを特徴とする製造方法。
請求項１０記載の製造方法において、前記シャフトまたは前記連結部材の前記ブランクは、圧縮成形または射出成形により生成することを特徴とする製造方法。
請求項１０または１１記載の製造方法において、前記連結部材とシャフトとは、ハンダ付け、または接着することを特徴とする製造方法。
請求項１０〜１２のうちいずれか一項記載の製造方法において、前記超硬合金は、タングステンカーバイドと、コバルト、ニッケル、鉄、クロムまたはモリブデンの群から少なくとも一種の金属と、を含有することを特徴とする製造方法。
請求項１０〜１３のうちいずれか一項記載の製造方法において、前記鉄合金は、２５重量％〜５５重量％のニッケルを含有することを特徴とする製造方法。
請求項１０〜１４のうちいずれか一項記載の製造方法において、前記鉄合金は、コバルト、クロム、およびチタンの群のうち一または複数の元素を、最大で２０重量％含有することを特徴とする製造方法。