JP2784959B2 - 冷間圧造された中心部真空ドリルビット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本願発明はドリルビット本体に関する。更に詳細に云
えばこの発明は冷間圧造された中心部真空ドリルビット
に関する。

関連技術の説明 ドリルビットは回転動力源に接続されるよう適合され
た細長い中空のドリルロッドの作動する端の上に通常取
付けられる。ドリルビットとドリルロッドは天盤ボルト
の設置又は爆薬の装填を受け入れるために鉱山の入口の
天盤の岩の層のような作業表面に穴をあけるために用い
られる。

ドリルロッドの作動端に固定されたドリルビットは、
浸炭されたカーバイド等のような硬質の耐摩耗材から作
られたインサートが取付けられている先端作業表面をも
つ円筒状本体を含む。１組のダストを集める開口部は、
ドリルビットの底の端を通って伸びる軸方向の孔と連通
してインサートの下に位置する。

岩の組成の中に孔をあけることは大量の切りとったも
の及びダストを生むので、これらの切りとった材料をド
リルビット本体の中のダストを集める開口部を通し其の
後中空のドリルロッドを通して取除くことは実際に行わ
れて来た。切りとられた材料は、適当な真空ポンプを用
いてドリルビット本体の中へ且つ中空のドリルロッドを
通って引かれるか又は代案として冷媒流体をドリルロッ
ドを通って押し上げ開口部を通って押し出してここで切
りとられた材料及びダストを洗い流す。

限定された寸法の円筒状の鋼の半製品に一連の複雑な
機械加工を行うことによって、鉱山通路の天盤の中に孔
をあけるためのドリルビットを製作することは公知であ
る。より詳細に云えば最初円筒状の鋼の半製品を与え、
そのあとで半製品の中心の中に軸方向に穴をあけ且つさ
ら穴にすることによってドリルビット本体を製造するこ
とが行われて来た。１個又は２個のブローチ調整リング
が、内部直径孔の６角形ブローチが続く内部の軸方向孔
からけずり出され、このあとに半製品の２つの側面は２
つの平面の側表面を形成するように研磨される。次に半
製品の先端作業表面が、ドリルビットが岩盤の中に侵入
するときダスト等がビット本体のまわりに流れることが
できるように傾斜したかかと状表面と圧縮表面を交互に
もつコーン型に加工される。前に記述されたようなダス
トを集める開口部が側面表面を通ってあけられる。次に
穴が開口部の下にあけられて、ビットをドリルの鋼の上
に保持するためにケンナメタル社から入手可能な5522チ
ャック及び9240クリップのような固定手段を与える。最
後に横方向のスロットが傾斜したかかと状表面と圧縮表
面の間の先端作業表面の中に斜めに加工されて、浸炭さ
れたカーバイドのインサートをドリルビット本体の中に
保持する手段を与えている。

ドリルビット本体を製造するために必要とされる機械
加工の作業は複雑で、製造されるドリルビットの寸法、
形式及び性能特性を制限することが発見された。例えば
ドリルビット本体の平面の側面の機械加工の中で形成さ
れる末端は一般に鋭い空気の流れとダストの除去を妨げ
る。更に機械加工によるドリルビット本体の形成は、部
分的に冷間圧造によって形成されたドリルビット本体よ
りも多くの粒子構造を除去する。機械加工によってドリ
ルビット本体から金属粒子構造の除去を増加すると、ド
リルビットの構造的な完全さを弱めここでドリルビット
の性能に悪い影響を与えることが認められる。ドリルビ
ット本体の製造に必要とされる色々な機械加工の作業
は、最終製品の全体のコストの中で相当な部分を占め
る。

従って従来技術の問題を克服するドリルビット本体の
新しい製造方法が発見されれば有利である。

新しいタイプのドリルビット本体を製造することにお
ける１つの企画は鋳物によることである。ドリルビット
本体を鋳込むことは、ドリルビットの製造に必要とされ
る若干の機械加工の工程を省くことが発見された。しか
し、このような鋳物の中心真空ビットは、ドリルビット
の早期の破損を起させる鋳物の不完全さと強度不足に苦
しむ。更にこれらの鋳物の中心真空ビットは更に鋳物プ
ロセスの投資に関する高いコストの不利益に苦しむ。

その結果、ある種の所望の機械的な特性を犠牲にする
ことなくドリルビット本体の生産において出来るだけ多
くの機械加工の工程を除くプロセスと設計に対する改良
の必要性が生じる。

前述の問題を解決するために、ドリルビット本体を製
造するための新らしいドリルビット本体の設計と新しい
プロセスが発見された。本願発明によれば、平らな側面
を形成するためのドリルビット本体の側面の機械加工、
先端作業面の機械加工及びドリルビット本体の中心の穴
の内部の６角形のブローチングに対する必要をなくす
る。本願発明は又内部の軸方向の穴をあけることとさら
穴にする工程と、１個又は２個のブローチ調整リングの
機械加工の工程を省略させることができる。ブローチ調
整リングを省略することはドリルビット本体の強度を増
加させる利点がある。更に本願発明の利点はドリルビッ
ト本体がより速くより経済的に仕上げられ、ドリルビッ
ト本体の輪郭に従った鍛造の流れの線（粒子構造）のた
めにより鋼のドリルビット本体がより強くなる結果とな
ることがある。本願発明に従ったドリルビット本体は機
械加工されたビット本体に関してすぐれた靱性を示し、
６角の内容物をブローチングするときに機械加工された
鋭敏な隅をなくし、一定のドリルビット本体の厚さを与
えドリルビット本体に追加された強度を与える。ドリル
ビット本体は実質的に均一な直径をもつものでよく、又
はもう１つの本発明の実施例に従ってドリルビット本体
の外側の側面は、先端の作業表面からドリルビット本体
の反対の端に向って傾斜してもよい。傾斜の角度は希望
により変化してよい。

ここに用いられた“傾斜”と云う用語はドリルビット
本体の長さに沿った直線的又は曲線的な巾方向の寸法の
減少に関するものである。

本願発明のために、ドリルビット本体に与えられた増
加した強度のためにより低い合金鋼が用いられることも
又評価さるであろう。より低い合金金属の使用によりビ
ット本体を更に機械加工することがより容易にされた。
例えば色々な寸法、位置及び数の複雑な及び簡単なイン
サートの溝の設計は、ドリルビット本体の先端の中に容
易に形成される。

本願発明の利点は更に、改良された排出をもたらす結
果となるドリルビット本体の先端作業表面のまわりの空
気の流れを改良する複雑な外側の本体構成が可能であ
り、ドリルビット本体をドリルロッドに固定するための
色々なソケットの構成が容易に且つ経済的に製造される
と云うことである。例えば本願発明の１つの実施例に従
って傾斜したドリルビット本体は先端作業表面に追加の
強度を与え且つドリルする間に改良された空気と材料の
流れを与える。

発明の概要 簡単に云えば、本願発明により先端作業表面を含む本
体をもつ中心真空ドリルビットとドリルビットを作るた
めの方法が示される。

本願発明に従って生産されたドリルビットは、不規則
な表面構成の先端作業面と硬質耐摩耗インサートを保持
するための溝をもつ金属本体と硬質の耐摩耗インサート
を含む。ドリルビットの本体は好ましくは冷間圧造によ
って形成されて、実質的に本体の輪郭と平行な金属粒子
構造を与えている。ドリルビット本体は実質的に均一な
直径をもつか又は本発明のもう１つの実施例に従って、
ドリルビット本体は先端作業表面からドリルビット本体
の反対の端に向って傾斜してもよい。傾斜の度合いは希
望により変化される。

ドリルビット本体は、本体の端を通って上に伸びる内
部の軸方向の穴と、本体の外側に本体の中心軸に平行に
伸びる又はドリルビット本体の先端作業面からドリルビ
ット本体の反対の端に向って傾斜する少なくとも２つの
相対する即ち２つの向い合った凹みをつけられた逆Ｃ型
の平面の側面と少なくとも２つの相対する、即ち２つの
向い合ったダストを集める開口部とを含む。夫々の開口
部は対応する平面の側面を通って伸び、軸方向の穴と連
通している。ドリルビットの開口部は一般的に長円形で
中心軸に関して約45度の角度に位置されているか又はド
リルビットの開口部は円形でもよい。１組の向い合って
配置された断面アーチ型の直立した部材が開口部の間に
伸びる。

この開口部は１組の向い合って配置された横に曲った
肩の部分を低い方のその末端に規定している。

ドリルビット本体の先端作業表面は相対して配置され
た傾斜したかかと表面の第１の対と相対して配置された
傾斜した圧縮表面の第２の対とを交互に含む。溝はイン
サートを受け入れるため交互の傾斜したかかと面と圧縮
面の対の間を横に伸びる。

傾斜したかかと表面は夫々中心軸から離れる方向に下
に向って外側に伸びる少し凸状の円錐形である。傾斜し
た圧縮表面は夫々平面の側面に隣接し、中心軸に関して
20度より大きい傾斜角で傾斜した関連した開口部に向っ
て下向きに外側に伸びる凹状のへこんだ実質的（ほぼ）
に三角形の形をしている。

本願発明の１つの実施例において傾斜した圧縮表面
は、軸方向の孔を通ってダストと破片を排出し除去する
ために空気の流れをよくし促進するため、開口部に終る
カーブした末端に向って下向きに外側に伸びる。

前端と後端をもつ半製品から先端作業表面を含む本体
をもつドリルビットを作る方法は、広く半製品から冷間
圧造を含んで、ドリルビット本体を形成し、其の後先端
作業表面に溝を形成し、本体の中にダストを集める開口
部を形成する。

より詳細に云えば、冷間圧造方法は、半製品を均一な
円筒状の寸法に形造り、半製品の前端を頭を切って短く
された円錐の形にモールドし、半製品の後端と前端の中
に中心手段をパンチし、半製品の側面の中に傾斜した扇
形の応力を解放する表面をもつ少なくとも２つの相対す
る側面を形成し、交互の傾斜した円錐形のかかと表面と
傾斜した圧縮表面を形成するように先端作業表面を造
り、且つ中心手段と同心の軸方向の穴を形成する工程を
含む。

パンチする工程は半製品の後端の中に第１の環状の凹
所をパンチすることと、当該半製品の当該後端の中に第
１の環状凹所よりも大きな直径の第２の環状凹所をパン
チすることと、当該頭を切取って短くされた円錐の前端
の中にくぼみを形成することを含む。

溝が、交互の傾斜した円錐形のかかと表面と傾斜した
円錐の圧縮表面の夫々の対の間に中心軸を横切って形成
されたインサートを受入れ、ダストを集める開口部は本
体の中に軸方向の穴と連通して形成される。

図面の簡単な説明 本願発明のこの外の特徴及び他の目的と利点は図面に
関連してなされた以下の詳細な説明から明らかとなろ
う。

この図面において、 第１図は本願発明に従って作られたドリルビットの透
視図である。

第２図は本願発明に従って作られたドリルビットの全
面図である。

第３図は第２図のドリルビットの線３−３に沿ってと
られた断面図である。

第４図はドリルビットが本願発明に従って作られる半
製品の側面図である。

第５図は第６図の半製品を形成するために用いられる
冷間圧造用のダイとパンチの部分的な断面図である。

第６、８及び13図は本願発明に基いたドリルビット本
体が作られる連続する半製品の側面図である。

第７図は第８図の半製品を形成するために用いられる
パンチと冷間圧造用ダイの部分的な断面図である。

第９図は90度回転された第８図の半製品の側面図であ
る。

第10図は第８図の半製品の上から見た図である。

第11図は第13図の半製品を形成するために用いられる
冷間圧造用パンチとダイの部分的断面図である。

第12図は90°回転された第11図の冷間圧造用パンチと
ダイの部分的断面図である。

第14図は線14−14に沿ってとられた第13図のドリルビ
ット本体の断面図である。

第15図は第17図の半製品を形成するために用いられる
冷間圧造用パンチとダイの部分的断面図である。

第16図は90°回転された第15図の冷間圧造用パンチの
ダイの部分的断面図である。

第17図はインサート保持溝形成前の冷間圧造されたド
リルビットの側面図である。

第18図は線18−18に沿ってとられた第17図のドリルビ
ット本体の断面図である。

第19図は第17図のドリルビット本体の上から見た図で
ある。

第20図は本願発明に従って作られた別のドリルビット
の実施例の透視図である。

第21図は第20図のドリルビットの前面図である。

第22図及び24図。は本願発明に従ったドリルビット本
体が作られる傾斜した側面を有する連続した中間半製品
の側面図である。

第23図及び25図は夫々線23−23及び線25−25に沿って
とられた第22図及び24図のドリルビット本体の断面図で
ある。

第26図は本願発明に従って作られたドリルビットの別
の実施例の透視図である。

第27図は第26図のドリルビットの前面図である。

第28図は本願発明に従って作られたドリルビットのも
う１つの実施例の透視図である。

第29図は第28図のドリルビットの前面図である。

第30図は第25図のドリルビット本体の断面の１部の研
磨された部分の平行な金属粒子構造を示す顕微鏡写真で
ある（倍率6.3x）。

好ましい実施例の説明 以下の説明において、類似の参考文字は類似の要素を
示す。又以下の説明において“上に”、“下に”、“外
側に”等のような用語は便宜上の言葉であって制限する
用語として解釈されるものではないと理解されるべきも
のである。

図面において第1,2,20,21及び26−29図は、不規則
な、硬く、軟かく且つ中程度の岩の組成を含む色々なタ
イプの層においてドリリング作業を行うために、ドリル
ロッド（図示されていない）と共に用いるように適合さ
れたインサート12が固定された先端作業表面16をもつ本
体14を含むドリルビット10を示している。ドリルビット
10はスナップ接続端（図示されていない）又は当業者に
は知られている他の何等かの適当な取付手段によってド
リルロッドに取付けられる。

ドリルビット本体14は冷間圧造により形成された単一
の１体の部材を含む。ドリルビット本体14が冷間圧造に
よって形成されるので、ドリルビットがドリルビットの
輪郭と実質的に平行な金属粒子構造をもつことは高く評
価される。平行な金属粒子構造をもつドリルビット本体
14は、機械加工によって作られた従来のドリルビットよ
りも改良された強度と低いコストのドリルビットを提供
する。

第1,2,20,21及び26−29図に示されたように、ドリル
ビット10は先端作業表面16をもつ細長い円筒状本体を含
む。ドリルビット本体14の反対の端15を通って上方に、
６角形の断面形状の内部の軸方向の孔18が伸びている。
内部の軸方向の孔18は、回転するドリルロッドの雄の端
をインターロックする関係に受け入れる雌のソケットを
規定し、回転する力を駆動手段（図示されていない）か
らドリルビット10に移行させるために最も適した断面形
状と長さをもつことが高く評価される。

第1,2,20及び21図のようにドリルビット本体14は実質
的に均一な直径であるか又は本発明の更にもう１つの実
施例において第26−29図に示すようにドリルビット本体
14は先端作業表面16からドリルビット本体14の反対の端
15に向って傾斜してもよい。ここに用いられた用語“傾
斜”とはドリルビット本体の長さに沿った直線的又は非
直線的巾方向寸法の減少を意味する。

ドリルビット本体14の傾斜の度合いは変化してよい。
例えば長さ約２インチのドリルビット本体14の傾斜は、
先端作業表面16から反対の端15迄直径で約0.004インチ
変化してもよい。しかし、先端作業表面に強度を追加し
ドリリング中の空気と材料の流れを改良するためには、
ドリルビット本体14の外部表面の傾斜はドリルビット本
体の先端作業表面16から反対の端15に向って少なくとも
0.020インチであるべきである。

本体14は１組の向い合ったダストを集める開口部20を
含みこれらはドリルビット本体の中の中心軸22に関して
約45度の角度に位置されている。開口部20は中心軸22に
関して角度をもって位置し一般的にそのような軸に関し
て正反対に中心をおいている。従って開口部20は好まし
くは一般的な長円形である。しかし開口部20は円形等の
ような普通の如何なる適当な形であってもよい。ダスト
を集める開口部20は凹んだ一般的に反転されたＣ型の平
面の側面24を通って伸びる。凹んだ平面の側面24は第1,
2,20及び21図のように互いに平行に且つドリルビット本
体14の垂直な中心軸22に平行に伸びるか又はもう１つの
実施例においては第26−29図のようにドリルビット本体
14の先端作業表面16から反対の端15に向って傾斜しても
よい。第1,2,20,21及び26−29図に示されたように開口
部20はその低い方の末端に１組の向い合って配置され
た、一般に横にカーブした肩の部分26を与えている。カ
ーブした肩の部分26は、中心軸22の先端部分に関して約
45度の角度で位置された開口部20の低い方の末端から形
成されているので、カーブした肩の部分は孔18に向って
下向きに且つ内側に傾斜しここでダスト等を孔に除去す
ることを可能とする後ろの表面21をもつ端を与えてい
る。肩の部分26は好ましくは一般的に本体14の軸方向の
長さの中央点に位置されている。この配設によって、開
口部20は最大の断面積を与えられ、実質的には本体14の
上半分の中に位置される。

本体14は又は先端作業表面16と１体に作られこれを支
える１組の向い合って配置された直立する部材28を含
む。部材28は一般的に断面はアーチ型であり、関連する
開口部20を含む平面に対して一般的に横切って伸びる垂
直な平面に配置されている。部材28は第１、２、20及び
21図に示されるように平行であるか又はもう１つの実施
例においては第26−29図のように部材28は、ドリルビッ
ト本体14の先端作業表面16から反対側の端に向って傾斜
してもよい。

ドリルビット本体14の先端作業表面16は、向い合って
配置された傾斜したかかと表面30の交互の第１の組と、
向い合って配置された傾斜した圧縮表面32の第２の組に
よって規定される不規則な表面の構成をもつ、ドリルビ
ット本体14の先端作業表面16の傾斜したかかと表面30と
圧縮表面32は協力してドリルダスト等をダストを集める
開口部20の中に流し且つ軸方向の孔18を通って流すこと
を可能とする。ここに用いられる“不規則表面”とは、
中心軸22に垂直な平面とドリルビット本体14の中心の垂
直な軸22の交点によって規定される点から、不規則表面
の輪郭と平面の交差によって規定される何等かの点へ放
射方向に計測されたとき距離が変化する表面を意味す
る。

第1,2,20,21及び26−29図に最もよく示されているよ
うに、傾斜したかかと表面30は、ドリルビット本体14の
垂直な中心軸22を通過する垂直な平面の反対側に位置さ
れる。傾斜したかかと表面30はやや凸状の円錐でドリル
ビット本体14の垂直な中心軸から離れる方向に下向きに
外側に伸びて、インサート12に対するバックアップ又は
支持を与える。示されたように傾斜したかかと表面30の
角度はドリルビット本体14の直立する部材28に関して適
当な角度をもち、ドリルビット本体の先端作業表面16が
ドリルされる岩の層と摩擦係合するのを妨げる。好まし
い実施例において傾斜したかかと表面30は水平面に関し
て約25度の角度を形成する。

傾斜した圧縮表面32は上述したように垂直の平面の反
対側に配置されているので、各組の中の１つの表面は、
インサート12の反対の側面上実質的に同じ平面にある刃
の頂部に合流するように、平面の同じ側に配置されてい
る。傾斜した圧縮表面32は実質的に実質的（ほぼ）に三
角形の形をした凹面であってドリルビット本体14の先端
作業表面16の先端から離れて下向きに外側に向って開口
部20の方へ伸びている。代案の実施例において、傾斜し
た圧縮表面32は、開口部20に終るカーブした末端に下向
きに外側に伸び（第20,21及び28,29図）、軸方向の孔18
を通って放出及除去のため空気及びダスト、破片等の改
良された流れを促進する。

傾斜した圧縮表面32は、傾斜したかかと表面30の角度
よりも大きい傾斜角で配置されることが好ましい。示さ
れたように圧縮表面32の傾斜角は、好ましい角度垂直面
に関して60度を以って20度よりも大きい。圧縮表面32の
夫々の下端は垂直な平面の側面24と接し、これは共に協
力してダスト等が開口部20に流れるためのコンヂットと
して働く。

ダストを集める開口部20は傾斜した圧縮表面32の下に
配置されているので圧縮表面と溝36は、実質的に夫々の
側面の対応する横の寸法に等しい組合わされた巾方向の
寸法を有する。開口部20は先端作業表面16から予め定め
られた距離垂直方向に間隔をあけられているので、ダス
ト等は自動的に傾斜した圧縮表面から離れて側面24を過
ぎてダストを集める開口部20の中に供給される。このこ
とは開口部20がこみ合って開口部とドリルロッドを通る
軸方向の穴18のブリッシング又は詰りを妨げるようなや
り方で達成される。

第17図及び第24図に示されたように、冷間圧造によっ
て形成された複数の交互のかかと表面と圧縮表面30と32
は協力して横に伸びる隆起34を規定し、これは引続き機
械加工されたインサート12を受け入れる溝36を形成する
（第1,20,26及び28図）。複数の交互のかかと表面30と
圧縮表面32は、インサート12が岩の層を切削するときイ
ンサート12に横方向及び軸方向の支持を与える形と寸法
をもつことは評価される。好ましくはインサート12を受
け入れるための溝36の側壁はドリルビット本体14の垂直
の中心軸22に平行である。

溝36の中に固定されるインサート12は、プレート状の
構成をもつタイプであって、高強度の耐摩耗性の浸炭さ
れたタングステンカーバイド等から形成された材料から
作られている。インサート12は溝36の中に永久的に又は
取外し可能に固定される。第1,2,20,21及び26−29図に
示されたように、“A"フレームのハウススタイルのタン
グステンカーバイドインサートが溝36の中にろう付けに
よって固定される。ろう付け用つめ金には米国特許No.4
817.742に開示されたもののようなろう付け用つめ金が
インサート12を金属本体にろう付けするために用いられ
てもよく用いられなくともよい。

インサート12は横に外側に向って伸び且つ溝36の両端
を予め定められた距離越えて開口部20の上に伸びて、ド
リルビット10が孔をドリルするときドリルビット本体14
に対して間隙を与えている。第1,20及び26と28図に示さ
れたように、インサート12の曝された側面38は一般的に
夫々の開口部20を規定する夫々の側面24と垂直に揃って
いる。この配設によってダスト等は最大に放出されるよ
うに圧縮表面32を越えて下向きに外側に向けられる。更
にこの配設によって、一体の部材28に関して対称に設け
られた傾斜したかかと表面30と圧縮表面32は、先端作業
表面16の強度特性を最大とするように相当量の固体を与
える。

示されたようにダストを集める開口部20と側面24は、
ドリルビット10の垂直な軸22に一般的に平行に配置され
た平面の中にある。従って開口部20は互いに正反対に位
置されて、傾斜したかかと表面30と側面24によってダス
トを集める通路を規定し、ドリルビット本体14の長手方
向中心軸22の反対の側面上に互いに平行に伸びる開口部
の中に変形されたダストを順次に供給する。

本願発明によるドリルビット10のドリルビット本体14
の改良された性能は第４−19図及び第22−25図に関連し
て記述された一連の冷間圧造によって達成される。

最初ある長さのワイヤーが好ましくはカーバイドで作
られたダイを通して引かれ均一な直径のものとされる。
ワイヤーは其の後切断のステーションに供給され、材料
の止めに対して押し付けられ、第４図に示されたような
適当な長さの半製品40を形成するよう切断される。半製
品40は当業者に公知の通常の技術を用いて製造され、コ
イル又はロッドの形で入手することができるUSX会社のA
ISI15B35,4140,8630,又は8640鋼のような適当な金属か
ら作られることが評価される。

本願発明に従って冷間圧造を実施するときには、半製
品の直径は、冷間圧造のプロセスの間にダイの中の材料
の流れを許すように夫々の冷間圧造のダイの直径よりも
小さい寸法をもつべきである。更に半製品40を夫々の連
続する作業の後１つの冷間圧造台から次の冷間圧造台へ
移動することは当業者に公知の如何なる手段によっても
よい。

本願発明に従ったドリルビット本体14は第４図に示さ
れたような半製品40を第５図に示されたような第１の冷
間圧造台に移動することにより製造される。冷間圧造台
はパンチ42と受け入れのダイ44とを含む。パンチ42は一
般的にダイ44の中に適合するような寸法をもつ中実のシ
リンダーでその前端には、ダイ44の直径より小さい直径
の円筒形の尖頭状突起54を含む。ダイ44は一般的に円筒
形の穴で、後部の開口部48と内側に向って凸状に形造ら
れたくぼみ46をもつ前壁を有する。作動時には第５図に
示された半製品40はパンチ42によって圧力の下にダイの
空洞44の中に押込まれた、第６図に示されたような均一
な寸法の半製品を形成する。より詳細に云えば半製品の
前端は先端を切られた円錐56の形に形成され、環状の凹
み58として示された第１のセンタリング手段は、ここに
より詳しく記述されるように半製品のセンタリングのた
めに半製品の後端の中にパンチされ、且つ半製品の円筒
状の寸法は均一にされる。

半製品40は、第６図に示されたようにダイ44からノッ
クアウトピン41によって取除かれ、ノックアウトピンと
パンチ42の間から、第７図に示された冷間圧造台の第２
のノックアウトピン61とパンチ60に移される。

第７図に示された冷間圧造台はパンチ60と受入れ用に
端が開放されたダイ62を含む。パンチ60の前端は、環状
のくぼみ66として示された第２のセンタリング手段と形
成するよう形造られた尖頭状突起63を含み、この環状の
くぼみ66は半製品40の後端の中に伸びている。ダイ62は
実質的に第５図のダイ44と同一の直径をもち、ダイ62の
前部の側壁の中に２つの３角状突起70を含み、この突起
70は第8,9及び10図に示すように半製品の前端の中に交
互に傾斜したかかと表面30と圧縮表面32を形成する。

作業時には第６図の半製品40は、第１の環状のくぼみ
58の中に位置するパンチ60と第２のノックアウトピン61
の間に固定される。パンチ60と第２のノックアウトピン
61は協同して半製品40をダイ62の開放端の中心に押しや
る。

第７−10図に示されたように傾斜した弾頭形又は扇形
の応力開放表面64を半製品40の側面24の中にもつ少なく
とも２つの反対側の凹んだ側面24と、先端作業表面16の
交互の傾斜したかかと表面30と圧縮表面32の形成は半製
品の前端において始められ、第１の環状の凹み58よりも
大きな直径をもつ環状のくぼみ66として示された第２の
センタリング手段は半製品の後端の中に形成される。

第4,6,8,13,17,22及び24図に示されたように、半製品
40を形成する材料が外されると、弾頭形応力解放表面64
の傾斜は半製品の前端から離れると減少する。応力解放
表面64は材料の流れを可能とし半製品40の中の噴き出し
と応力による割れを防ぐことが評価される。その後第７
図に示された位置極めボス72をもつノックアウトピン61
によってダイ62から半製品40は排出される。位置極めボ
ス72は半製品40の先端表面の中に凹み74を形成して、冷
間圧造ダイの中にあとでセンタリングする作業のため引
続きノックアウトピンの位置極めを助ける。

第８図の半製品40はその後第11図及び第12図に示され
るような次のパンチ80及びダイ82の作業に移される。半
製品40はくぼみ74の中に位置された第３のノックアウト
ピン81と、第２の環状の凹み66の中に位置されたパンチ
80の間のダイ82の中に中心を出される。この冷間圧造台
の中で半製品40を形成する材料はダイ82の中で後ろ向き
に押出されてここで更に最終製品のドリルビット10の特
徴を目立たせている。ダイ82は、直径の反対側の半製品
40の側面上の平面の側面24と、すぐ前のダイ62よりも大
きな寸法の２つの３角形状の突起88とを形成して、更に
半製品の前端の中に交互に傾斜したかかと表面30と圧縮
表面32とを形成する突起部材68を含む。パンチ80は示さ
れたように円錐台形の前端86をもつ６角形の円筒状ロッ
ドである。第11図及び第12図のパンチ80及びダイ82は、
半製品40の後端の中に形成された第２の環状の凹み66と
同心の円錐台形の前端86をもつ内部の６角形の円筒状軸
方向孔18を形成する。第２の環状の凹み66は、パンチ80
を半製品40に適用するための芯出し手段を与えここで更
に第13,14,22及び23図に示されるように対称の半製品の
形成を可能とする。

第13,14,22及び23図の半製品40は其の後第15及び16図
に示された次の冷間圧造台に移され、ここで軸方向の穴
18は所望の深さに形成され、半製品40の先端作業表面16
は更に明確にされる。第15及び16図に示されたように、
ダイ90は最終製品のドリルビット10と殆んど同じ寸法と
構成をもち、ダイ82よりも大きい寸法をもつ。パンチ92
は球形の端をもつ円筒形のロッドの形状をもつ。半製品
40は凹み74の中に位置された第４のノックアウトピン91
と、軸方向の孔18の中に配置されたパンチ92の間のダイ
90の中に中心を置かれる。パンチ92とノックアウトピン
91は、半製品の応力解放表面と軸方向の孔18が更に所望
の長さに伸ばされるように協力して半製品40をダイ90の
中に押しやる。

傾斜した直立部材28と側面24をもつ半製品40の製造に
はダイ90はダイ82より大きな寸法をもつ。軸方向の孔18
が形成されるとき、軸方向の孔18の前の部分を形成する
材料のみがダイ90に従い、ここで先端作業表面16に向っ
て反対の端15から増加する傾斜をもつ半製品40を与え
る。

実質的に平行な平面の側面24と平行な直立部材28をも
つ半製品40の製造には、ダイ90は又ダイ82よりも大きな
寸法をもつ。しかしダイ82は、うしろ向きの押し出しの
間、出口のダイ82の上の半製品40が反対の端15から先端
作業表面16の方に減少する傾斜をもつようにより大きな
後の部分を有する。従って半製品40がダイ90を出るとき
軸方向の孔18の前の部分を形成する材料はダイ90に従
い、ここで実質的に平行な平面の側面24と平行な直立部
材28をもつ半製品40を与える。

半製品40がダイ90とパンチ92の形に形成された後に、
半製品はノックアウトピン91によって排出される。これ
らの簡単な冷間圧造作業から、第17,18,24及び25図に示
されるようなドリルビット本体14が形成される。

第１及び第２の環状の凹み58及び66、凹み74及び軸方
向の孔18は協同して半製品の引続く冷間圧造台のパンチ
とダイの作動を中心に集めることによって半製品40を引
続くダイの中で芯出しする手段を与え、このようにして
ドリルビット本体14がその中心軸22のまわりに均一な割
合をもち、こことかかと表面30と圧縮表面32が夫々の冷
間圧造台の中で正しい形に形成されることを確実にす
る。芯出し手段なしでは、不規則な先端作業表面16をも
つドリルビット本体14の連続した形成は不可能ではない
にしても困難であろう。

第30図に示されるように、本願発明によるドリルビッ
ト本体14の金属粒子構造は実質的にドリルビット本体14
の輪郭又は外形と平行である。平行な金属粒子構造の結
果として改善された靱性をもつより強いドリルビット本
体が作られる。更に希望により、以前に可能であったよ
りもより低合金鋼が用いられるので機械加工はより容易
となり冷間圧造の前に半製品の焼きなましの必要がなく
なる。

ドリルビット10のダストを集める開口部20はドリリン
グ其の他のような適当な機械加工作業によって形成され
る。好ましい実施例において、ダストを集める開口部20
は、一般的に長円形の開口部を与えるために中心軸22に
関して45度の角度でドリルされる。開口部20は弾頭形又
は扇形の応力解放表面64の中にドリルされたドリルビッ
ト本体14の中に形成された軸方向の孔18に進入路を与え
ているので、開口部は軸方向の孔18と連通してダスト其
の他を真空によって集めることを可能とする。保持穴10
0も又ドリルビット本体14の中にドリルされて、前述さ
れたように且つこの方面の技術で公知のようにドリルロ
ッド上にドリルビットを固定する。同様に溝36は先端作
業表面16の中に機械加工されて、浸炭されたタングステ
ンカーバイドのような硬質の耐摩耗性材料から作られた
インサートを受け入れる。

本願発明に従って複雑と単純なインサート頂部の設計
のような変化するインサート形状が、ドリルビット本体
の中に適合するように形づくられた溝36を機械加工又は
形成することにより用いられる。インサート12にはその
後溝36の中にろう付けされその後全体のドリルビット本
体とインサート12が熱処理される。

冷間圧造法は、ビット10の上の部分のまわりの空気の
流れを改良し、これによりカットされた穴からダスト等
の除去を改善するため、広い範囲のドリルビット本体14
の構成を可能とする。改良された空気の流れをもつドリ
ルビット本体14の例は第20図及び第21図に示されてい
る。前述したように且つ第20及び21図に示されたよう
に、傾斜した圧縮表面32は、開口部20に終るカーブした
末端に向かって下向きに外に向って伸びて空気とダスト
の破片等を軸方向の孔18を通って排出し除去するのに流
れの改善を促進する。

代表的な作業において、ドリルビット10は第1,2,20,2
1及び26−29図に見られるようにドリルロッドに固定さ
れるので、ドリルビットの中の孔は中空のドリルロッド
と連通している。ドリルロッドはその後適当な真空ポン
プ（図示されていない）に接続されて、ダスト其の他を
取除くため孔18の中にサクションを加える。孔18の中の
サクションはダストを集める開口部20に伝達され、ダス
トを圧縮表面32を横切って平面の側面24の上を開口部20
の中に引くように働く。ダストの粒子は、ドリルビット
10の圧縮表面32を横切り側面の上を動くとき、ドリルの
孔をかこみこれを限定する層によって加えられる下向き
の内側に向いた圧縮する力のために、次第に寸法が小さ
くなる。この作用は実際上ダストをドリルビット10の外
の表面に対して押し付けるので小さくなった材料は自由
に開口部20に流れこみ孔18を通って排出される。

本願発明の実施例は冷間圧造に限定されず温暖又は熱
間圧造も含み得ることが高く評価される。例えば温暖又
は熱間圧造においては半製品を形成する材料は予熱され
るのですえこみ作業の間に材料は前述の冷間圧造法にお
けるよりも大巾に減少された圧力でダイの中を流れるよ
うにされる。温暖圧造法のために材料を予熱する代表的
な温度は華氏1225−1275度であり、熱間圧造法に対して
は華氏2200−2350度の間である。

ここに本願発明の現在の好ましい実施例を記述した
が、これは附属する請求項の範囲の中で他のようにも実
現され得るものと了解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モントゴメリイ ロバート エイチ ジ ュニア アメリカ合衆国 ペンシルヴアニア州 15537 エヴアリット アール デイ ナンバー１ボックス 149 (72)発明者 シーレル ダニエル シイ アメリカ合衆国 ペンシルヴアニア州 15522 ベッドフオード ウエスト ジ ョン ストリート 225 (72)発明者 エラム ジエイムズ イー アメリカ合衆国 ミシガン州 48170 リヴオニア デボラー コート イー 8928 (72)発明者 ユーイング ポール イー アメリカ合衆国 ミシガン州 48018 ファーミントン ヒルズ アラメダ 32005 (56)参考文献 特開 平１−284454（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−204845（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4492278（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 51/00

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業表面に穴をドリルするためのドリルビ
   ットにおいて、 （イ）硬質の耐摩耗性インサートと、 （ロ）当該硬質の耐摩耗性インサートを保持するための
   溝をもつ不規則な表面構成の先端作業表面を含む金属本
   体であって、当該本体は当該本体の輪郭と実質的に平行
   な金属粒子構造をもつことを特徴とするドリルビット。
2. 【請求項２】請求項１記載のドリルビットにおいて、当
   該本体は冷間圧造により形成されることを特徴とするド
   リルビット。
3. 【請求項３】請求項２記載のドリルビットにおいて、当
   該本体の外側の表面は当該先端作業表面から当該本体の
   反対側の端に向って傾斜していることを特徴とするドリ
   ルビット。
4. 【請求項４】請求項１記載のドリルビットにおいて、当
   該本体は、 （イ）当該本体の端を通って上に伸びる内部の軸方向の
   穴と、 （ロ）当該本体の中心軸に平行に伸びる、当該本体の外
   側の、少なくとも２つの向い合った凹みをつけられた逆
   Ｃ型の平面の側面、 （ハ）少なくとも２つの向い合ったダストを集める開口
   部であって、夫々は対応する平面を通って伸び当該軸方
   向の孔と連通している当該開口部と、 （ニ）当該各開口部の夫々の低い方の末端にある１組の
   向い合って配置された横にカーブした肩の部分と、 （ホ）当該開口部の間に伸びる断面がアーチ型の１組の
   向い合って配置された直立する部材とを含むことを特徴
   とするドリルビット。
5. 【請求項５】請求項４記載のドリルビットにおいて、当
   該開口部は円型であって、中心軸に関して約45度の角度
   に配置されカーブした端をもつ肩を形成することを特徴
   とするドリルビット。
6. 【請求項６】請求項４記載のドリルビットにおいて、当
   該先端作業面は向い合って配置された傾斜したかかと表
   面の第１の組と、向い合って配置された傾斜した圧縮表
   面の第２の組とを含み、当該溝は当該交互の傾斜したか
   かと表面と圧縮表面の組の間を横に伸びて当該インサー
   トを受け入れることを特徴とするドリルビット。
7. 【請求項７】請求項６記載のドリルビットにおいて、当
   該傾斜したかかと表面は夫々中心軸から離れて下向き外
   側の方向に伸びる凸面の円錐形をしていることを特徴と
   するドリルビット。
8. 【請求項８】請求項７記載のドリルビットにおいて、当
   該傾斜した圧縮表面は夫々当該平面の側面に隣接する当
   該開口部に向って下向きに外側に伸びる実質的に三角形
   の型をした凹んだ形状をしていることを特徴とするドリ
   ルビット。
9. 【請求項９】請求項８記載のドリルビットにおいて、当
   該傾斜した圧縮表面は夫々中心軸に関して20度より大き
   い傾斜角で傾斜していることを特徴とするドリルビッ
   ト。
10. 【請求項１０】請求項８記載のドリルビットにおいて、
    当該傾斜した圧縮表面は開口部に終るカーブした末端に
    向って下向きに外側に伸びていることを特徴とするドリ
    ルビット。
11. 【請求項１１】前端と後端をもつ半製品から先端作業表
    面を含む本体をもつドリルビットを作る方法において、 （イ）ドリルビット本体を形成するための当該半製品を
    冷間圧造する工程と、 （ロ）インサートを受けいれるためドリルビット本体の
    中心軸に横向きの溝を形成する工程と、 （ハ）ドリルビット本体の中に向い合ったダストを集め
    る開口部を形成する工程とを含むことを特徴とする方
    法。
12. 【請求項１２】請求項11記載の方法において、当該冷間
    圧造は、 （イ）当該半製品を均一な円筒形の寸法に形づくる工程
    と、 （ロ）当該半製品の前端を先端を切られた円錐形にモー
    ルドする工程と、 （ハ）半製品の後端と前端に芯出し手段をパンチする工
    程と、 （ニ）当該半製品の側面の中に傾斜した扇形の応力解放
    表面をもつ少なくとも２つの向い合った側面を形成する
    工程と、 （ホ）先端作業表面を形造って交互の傾斜したかかと表
    面と傾斜した圧縮表面を形成する工程と、 （ヘ）芯出し手段と同芯の軸方向の孔を形成する工程と
    を含むことを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】請求項12記載の方法において、当該パン
    チングの工程は、半製品の後端の中に第１の環状の凹み
    をパンチすることと、当該半製品の当該後端の中に第１
    の環状の凹みよりも大きい直径の第２の環状の凹みをパ
    ンチすることと、当該先端を切られた円錐形の前端の中
    に凹みを形成することを含むことを特徴とする方法。
14. 【請求項１４】請求項13記載の方法において、当該溝は
    インサート受け入れのため交互の傾斜した円錐のかかと
    表面と傾斜した圧縮表面の夫々の組の間に形成されるこ
    とを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】請求項14記載の方法において、互いに向
    い合っているダストを集める開口部はドリルビット本体
    の中に軸方向の孔と連通して形成されることを特徴とす
    る方法。
16. 【請求項１６】請求項15記載の方法において、当該傾斜
    したかかと表面は凸面の円錐形として形成され、当該圧
    縮表面は実質的に三角形の型をした凹んだ形状として形
    成されることを特徴とする方法。
17. 【請求項１７】作業表面の中に孔をドリルするためのド
    リルビットにおいて、 （イ）硬質の耐摩耗性インサートと、 （ロ）当該先端作業面の中に当該硬質耐摩耗性インサー
    トを保持するための溝をもつ不規則な表面構成の先端作
    業表面を含む冷間圧造によって形成された金属本体とを
    含み、当該本体は、 当該本体の端を通って上に伸びる内部の軸方向の孔と、
    当該本体の中心軸に平行に伸びる当該本体の外側の、少
    なくとも２つの互いに向い合った凹みをつけられた逆Ｃ
    型の平面の側面と、 対応する平面の側面を通って伸び、当該軸方向の孔と連
    通する少なくとも２つの互いに向い合ったダストを集め
    る開口部と、 当該各開口部の夫々の低い方の末端における１組の向い
    合って配置された横にカーブした肩の部分と、 当該開口部の間に伸びる断面がアーチ型の１組の向い合
    って配置された直立する部材とを含むことを特徴とする
    ドリルビット。
18. 【請求項１８】請求項17記載のドリルビットにおいて、
    当該先端作業表面は交互の向い合って配置された傾斜し
    たかかと表面の第１の組と、向い合って配置された傾斜
    した圧縮表面の第２の組とを含み、当該溝は当該インサ
    ートを受け入れるために当該交互の傾斜したかかと表面
    と圧縮表面の組の間を横に伸びることを特徴とするドリ
    ルビット。
19. 【請求項１９】請求項18記載のドリルビットにおいて、
    夫々の当該傾斜したかかと表面は中心軸から離れる方向
    に下に向って外に伸びる凸面の円錐形であり、夫々の当
    該傾斜した圧縮表面は当該開口部の方向に下向きに外側
    に伸びる実質的に三角形の型をした凹んだ形状であるこ
    とを特徴とするドリルビット。
20. 【請求項２０】請求項19記載のドリルビットにおいて、
    当該傾斜した圧縮表面は夫々中心軸に関して20度よりも
    大きい傾斜角で傾斜し、開口部に終るカーブした末端に
    向って下向きに外側に向って伸びていることを特徴とす
    るドリルビット。
21. 【請求項２１】請求項20記載のドリルビットにおいて、
    当該開口部は円形でカーブした縁をもつ肩を形成するこ
    とを特徴とするドリルビット。
22. 【請求項２２】請求項20記載のドリルビットにおいて、
    当該開口部は長円形で中心軸に関して約45度の角度に配
    置されてカーブした縁をもつ肩を形成することを特徴と
    するドリルビット。
23. 【請求項２３】請求項20記載のドリルビットにおいて、
    当該本体の外側表面は当該先端作業表面から当該本体の
    反対側の端に向って傾斜していることを特徴とするドリ
    ルビット。