JP3954029B2 - パーカッション又はハンマードリル - Google Patents

Description

本発明はパーカッション又はハンマードリルに関する。

石積工事、コンクリート又は石用ドリルとしても公知のパーカッション又はハンマードリルは、孔あけ時に、ドリル軸線に沿った衝撃運動や孔あけ軸線を中心とした回転運動を行なう。その運動の双方の成分は、ドリル孔の材料の除去を行なう。軸方向運動はドリル孔の材料を粉砕する。回転運動は摩耗により材料を減らしてドリルダストにし、そのドリルダストをドリル孔から運び出す。
公知のパーカッション又はハンマードリルは、硬質金属板を備えたドリルシャフトからなり、切削板がそれに固定されている。らせん溝がドリルシャフトに切られており、ドリルダストをドリル孔から排出する。その露出前面で、ウェッジ形状に配置された先端面と自由面が刃先を形成する。これら刃先は、ドリル軸がある平面に平行にオフセットされた２つの直線刃先と、軸線を介して２つの主要刃先をつなぐ横刃からなっている。孔あけ開始時に十分なセンタリングを達成するために、２つの主要刃先間に１３０°を超えない角度がある。

従って、本発明の目的は切削板を適切に設計することによってドリル孔の材料の除去を最適化することである。この目的は請求項１又は請求項１５によるパーカッション又はハンマードリルで達成される。

一般用語「石積工事ドリル」とも呼ばれるそのようなパーカッション又はハンマードリルはそのヘッド端部に切削板をセットしたドリルシャフトの標準的配置からなっている。この切削板はドリルシャフトのちょうど、直径方向に延在し、露出前面を呈する。この前面では−第１実施形態での−ウェッジ状に配置された先端面及び自由面が互いに対称的な直線的な主要刃先を形成している。この装置では、ドリル軸線を通る面が双方の主要刃先の中心面を形成している。この主要刃先の装置の場合、衝撃エネルギーは、ドリル軸の平面に平行にオフセットされた２つの主要刃先の場合より有利に材料に伝達される。従って、この衝撃エネルギーはドリル孔の材料の破壊に有効に適用される。

ドリル孔内の材料をさらに最適に除去するには、２つの主要刃先が１３０°より大、好ましくは１５０°〜１７０°の範囲、例えば１５５°〜１６５°にある頂角で接触することで行われる。頂角が大きくなると、ドリル孔内の材料を除去する衝撃エネルギーをより有効にかけることができる。
大きな頂角で孔あけを開始する場合、十分なセンタリングを達成するために、センタリング部位が２つの対称的な主要刃先間に設けられれば有利である。それで、中心部位の頂角が２つの主要刃先間の頂角より小さい。例えばその角度は８０°〜１３０°の範囲にあってもよい。
センタリング部位と先端面あるいは自由面間には、このケースのように、センタリング部位と主要刃先間に応力が集中しないように曲線的移行域を設けることが有利である。

センタリング部位は、互いに垂直で双方がドリル軸を通り、一方が２つの主要刃先の中心面も構成する２つの面に面対称に形成することができる。そのような面対称により、高材料除去性能、高安定性及び切削板の優れた耐磨耗性に役立つセンタリング部位を設計することが可能になる。また別に、該中心部位は回転対称で設計することもできる。
本発明の他の実施形態によれば、ドリル孔からの材料除去は該切削板の対応形状により最適化される。主要刃先間の頂角が、内側から外側へ半径方向に大きくなると、該２つの主要刃先は支配する負荷に良好に対応し、材料除去が最適化される。そのため、頂角は主要刃先に沿って外方向に２０°〜４０°だけしっかりと大きくなっている。この装置では、最小頂角が７０°〜９０°の範囲に有利になっており、最大頂角が９０°〜１３０°の範囲に有利になっている。
これに関連して、この実施形態では、２つの主要刃先が互いに対称的にあるように述べられているが、その必要はない。

さらに、切削ウェッジの角度の二等分線と２つの主要刃先の中間面との間の角度が該主要刃先に沿って外方向に大きくなれば、切削板の耐磨耗性を改良することができる。この点では、この角度が約５°〜２５°から大きくなれば、有利であることが示されている。
切削板の安定性は、先端が丸くなった切削ウェッジでさらに向上し、この丸みの半径は内部域より外部域でより大きい。
さらに、ここで使用される１５０°〜１７０°の先端角度に関して外縁の保護面取りによって刃先の安定性を上げることが有利であることが分かった。
以下、発明の実施形態の１つの実施例を、添付図を参照して説明する。

実施態様

図１に示されたドリル孔１０内のパーカッション又はハンマードリル１２は、ドリルシャフト１４からなっており、そのヘッド端部１６には硬質金属板１８、すなわち公知のようにドリル板又は切削板がセットされている。この板はちょうどヘッド端部１６の直径両端に延在している。らせん溝２０、２０’はドリルシャフト１４に沿って走り、ドリル孔１０から孔あけダストを運び出す。ドリル軸は参照番号２１で示されている。パーカッションドリル１２はドリル軸２１の方向に沿った衝撃運動とドリル軸２１を中心とした回転運動（矢印２２参照）を行う。これらの運動の両成分がドリル孔１０内の材料の破壊に役立っている。軸方向運動はドリル孔１０内の材料を粉砕する。その回転運動は摩耗によりあけダストとすることによって材料を減少させると共に、ドリル孔１０から孔あけダストを運び出す。

この発明に係るパーカッション又はハンマードリル１２用の切削板１８の第１実施形態を、図２ないし図６を参照して説明する。そのような切削板１８は、どの場合でもプリズム状であって、ドリルシャフト１４（ヘッド端部１６の外形が破線で示されている図３も参照のこと）のヘッド端部１６の対応スリットに溶接されている固定シャフト２４から構成されている。この固定シャフト２４には各々円筒面２８、２８’と平面３０、３０’から構成されている狭い側面２６及び２６’が設けられている。この円筒面２８、２８’は各々の場合、その回転方向に平面３０、３０’より先行し、ドリル１２がドリル孔１０に確実に追従することを保証する。平面３０、３０’はドリル孔の直径より僅かに小さく設定されており、ドリル孔の狭い側面２６、２６’の摩擦を抑えている。

ドリルシャフト１４のヘッド端部１６から軸方向に突き出た切削板１８の端部は、前面３２の輪郭付き外形を示し、その輪郭付き外形は、以下、より詳細に説明する。この露出前面３２では、先端面（チップ面）３４，３４’がそれぞれ自由面３６，３６’と組み合わされてウェッジ形状に配置されて主要刃先３８，３８’を形成している。図３に最も明確に分かるように、切削板１８には互いに対角方向に対称的に配置された２つの直線主要刃先３８，３８’が設けられ、ドリル軸２１を通る平面４０が２つの主要刃先３８，３８’の中心面を構成している。図示された切削板１８では、この中心面４０は固定シャフト２４の中心面４２と約８°の角度４４を形成している。この装置では、中心面４２が、平面３０，３０’と円筒面２８，２８’との間の移行部位のちょうど後方で各々の２つの狭い側面２６，２６’に交差している。

図２はどのようにして２つの主要刃先３８，３８’が内側から外側に傾斜しているかを示している。中心面では、それら主要刃先３８，３８’は、例えば図示された切削板１８で１６２°の頂角４６と呼ばれるものを形成している（従来のハンマードリルでは、この頂角は１３０°未満であった）。２つの主要刃先３８，３８’の非常な鋭角でない頂角４６の効果は、共通中心面４０と共に、孔あけ時、衝撃エネルギーが孔あけ作業されている材料に強く集中する一方で、摩擦が低いことである。これらの２つの特徴によってドリル孔１０内の材料の粉砕がかなり最適に行われる。

図２と図５で最も分かるように、２つの主要刃先３８，３８’は、ドリル軸２１を中心にするセンタリング部位４８により分けられている。このセンタリング部位４８は、互いに垂直な２つの面４０，７０に対して面対称になっている。第１面４０は前に詳しく説明した中心面である。第２面７０もドリル軸２１を有し、中心面４０に垂直である。図３で分かるように、センタリング部位４８は断面が楕円形であり、その楕円形の長軸が中心面４０にあり、短軸が第２面７０にある。図５で分かるように、センタリング部位４８は、面７０の方向に対しては、採鉱で一般に使用されているようなカッターの形状をしている。しかし、カッターは中心面の方向の形状がかなり鈍角である。なお、センタリング部位４８は高いボーリング性能と、高い安定性と、切削板１８の優れた耐磨耗性に役立っている。曲線的な移行面５２，５２’は、孔あけ時に応力のピークを発生させ破壊をもたらす可能性のある、センタリング部位４８と主要刃先３８，３８’との間の応力集中を防止するように設計されている。注目すべき他の点は、センタリング部位４８と先端面との間の移行域５２，５２’は、センタリング部位４８と自由面との間の移行域とは違った曲率半径とすることができる。

先端面３４と自由面３６で構成された切削ウェッジを、図６を参照してさらに詳細に説明する。この切削ウェッジは、主要刃先３８，３８’上の各部位に対して、先端面３４に対する接線５４でまた、自由面３６に対する接線５６で、中心面４０に垂直で回転軸２１に平行である断面に形成される。図６の切削板１８の先端面３４，３４’と自由面３６，３６’の写像が断面では殆ど平らであるため、接線５４，５６は、先端面３４，３４’と自由面３６，３６’と、断面との交差線を有効に構成している。

なお、切削ウェッジの先端が曲線的であり、言い換えると、主要刃先３８，３８’の各々が丸みをもっていることに注意すべきである。ここでは大きな刃先半径は切削板の安定性に有利である。他方、小さな刃先半径は孔あけ性能に有利である。切削板１８では、図３で最も分かるように、主要刃先３８，３８’の刃先半径は内側域ではかなり一定であるが、狭い側面２６，２６’近傍ではかなり大きくなる。この手段により主要刃先３８，３８’が特に限界外部域で強化されるが、内部域では比較的小さな刃先半径半径を有し孔あけ性能を有利にする。

図６を参照すれば、主要刃先３８，３８’に沿った切削ウェッジの角度（これからウェッジ角度５７と呼ぶ）は一定ではないが、内側から外側に大きくなっている。例えば図６の切削板１８では、ウェッジ角度５７は、２つの移行面５２，５２’の約８０°から２つの狭い側面２６，２６’の約１１０°まで半径と共に直線的に増大している。主要刃先３８，３８’に沿った切削ウェッジの向きも一定でないことが分かる。この向きは切削ウェッジの角度の二等分線６０と中心面４０との間の角度５８として測定される。図６の切削板１８では、この角度５８は２つの移行面５２，５２’の約５°から２つの狭い側面２６，２６’の約２５°まで半径と共に増大している。切削ウェッジの半径方向に変化する向きと切削ウェッジの半径方向に変化するウェッジ角度５７の双方により切削板１８に安定性が良好に付加される。これは、その半径方向に外部域で、すなわちその接線速度が最高である場所でかなり強くなるものの、やはり優れた孔あけ性能を示す。なお、外部域でウェッジ角度５７が大きいと、材料の量が多くなり、パーカッション又はハンマー孔あけ時に切削板のコーナーのように、常に注意が払われなければならないものの摩耗が減る。コーナー部の摩耗はドリル孔１０の直径の減少につながってしまうものであるから、コーナー部の摩耗の減少はドリル１２の寿命を延ばす。

さらに、ここで使用された非常に鈍角の頂角４６について、刃先の外側端部、切削板の安定性をさらに増やす手段として保護面取り部５４，５４’を備えた先端面と自由面を設けることは有利であることが分かった。保護面取り部５４，５４’用に例示された形状は多数の可能な実施形態のうちの１つだけである。
図７ないし図１０の切削板１８は、センタリング部位４８の設計において、図２ないし図６に示した切削板１８とは違う。これは互いに垂直な２つの面を有する面対称を最早示していないが、その代わり回転対称を示している。この装置では、センタリング部位４８に、２つの主要刃先３８，３８’間の頂角よりかなり小さい頂角が、孔あけ開始時にドリルのセンタリングが十分可能となるように付与されている。例示された切削板１８において、センタリング部位４８の実施例として示された頂角は９０°、すなわち２つの主要刃先３８，３８’についての場合に示された頂角４６より７２°小さい。切削板１８のセンタリング部位４８は実際上、回転対称になっており、移行面５２，５２’はチップ面３４，３４’と自由面３６，３６’に向けて曲線的移行を可能としている。

本発明に係るドリル孔のパーカッションドリルの断面図である。 切削板の正面図である。 図２に示された切削板の前面の上面図である。 図２に示された切削板の側面図である。 図２に示された切削板の斜視図である。 図２に示された切削板の斜視図の拡大図である。 図１に示された切削板の構造的変形例の正面図である。 図７に示された切削板の前面の上面図である。 図７に示された切削板の前面の側面図である。 図７に示された切削板の斜視図である。

符号の説明

１０ ドリル孔
１２ パーカッション又はハンマードリル
１４ ドリルシャフト
１６ ヘッド端部
１８ 硬質金属板
２０，２０’ らせん溝
２１ ドリル軸
２２ 回転方向
２４ 固定シャフト
２６，２６’ ２つの狭い側面
２８，２８’ 円筒面
３０，３０’ 平面
３２ 前面
３４，３４’ 先端面
３６，３６’ 自由面
３８，３８’ 主要刃先
４０ 中心面
４２ 中心面
４４ 角度
４６ 頂角
４８ センタリング部位
５０ 頂角
５２，５２’ 移行面
５４，５４’ 保護面取り
５７ ウェッジ角度
５８ 角度
６０ 角度の二等分線

Claims (27)

1. ヘッド端部（１６）を備えたドリルシャフト（１４）と、
   該ヘッド端部（１６）にセットされ、前記ドリルシャフト（１４）の直径以上に延び且つ露出した前面（３２）が設けられている切削板（１８，１８’）とからなり、
   この前面（３２）のウェッジ形状に配置された先端面及び自由面（３４，３４’，３６，３６’）が互いに対称的に反対に配置されている２つの主要刃先（３８，３８’）を形成してなるパーカッション又はハンマードリルにおいて、
   ２つの主要刃先は、ドリル軸（２１）を通る中央平面（４０）内にあることを特徴とするパーカッション又はハンマードリル。
2. １４０°ないし１８０°の範囲にある、前記２つの主要刃先（３８，３８’）間の頂角（４６）を特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. １５０°ないし１７０°の範囲にある、前記２つの主要刃先（３８，３８’）間の頂角（４６）を特徴とする請求項１に記載のドリル。
4. １５５°ないし１６５°の範囲にある、前記２つの主要刃先（３８，３８’）間の頂角（４６）を特徴とする請求項１に記載のドリル。
5. 前記２つの対称的に配置された主要刃先（３８，３８’）間に形成されているセンタリング部位（４８，４８’）であり、該センタリング部位（４８，４８’）の頂角が２つの主要刃先（３８，３８’）の頂角より小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のドリル。
6. 前記センタリング部位（４８，４８’）と前記先端面（３４，３４’）及びそれぞれの自由面（３６，３６’）との間に設けられた曲線的移行面（５２，５２’）を特徴とする請求項５に記載のドリル。
7. 前記センタリング部位（４８）は形状が回転対称になっていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のドリル。
8. 前記センタリング部位（４８）は、互いに垂直な２つの平面に関して面対称にあり、双方の平面がドリル軸（２１）を介して走っており、この２つの平面の一方が前記２つの主要刃先（３８，３８’）の中心面（４０）をさらに構成していることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のドリル。
9. ８０°ないし１３０°の範囲にある該センタリング部位（４８，４８’）の頂角を特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載のドリル。
10. 半径外方向に増大する前記主要刃先（３８，３８’）間のウェッジ角度（５７）を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のドリル。
11. 前記ウェッジ角度（５７）が２０°ないし４０°増大することを特徴とする請求項１０に記載のドリル。
12. 前記主要刃先（３８，３８’）間のウェッジ角度（５７）が７０°ないし９０°の範囲にあることを特徴とする請求項１１に記載のドリル。
13. 切削ウェッジの角度の二等分線と前記２つの主要刃先（３８，３８’）の中心面（４０）との間の角度（５８）が前記主要刃先（３８，３８’）に沿って外部方向に増大することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のドリル。
14. 内側部分より外側部分で大きな半径の曲線的主要切削ウェッジを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のドリル。
15. ヘッド端部（１６）を備えたドリルシャフト（１４）と、
    該ヘッド端部（１６）にセットされ、前記ドリルシャフト（１４）の直径以上に延び且つ露出した前面（３２）が設けられている切削板（１８，１８’）と、この前面（３２）のウェッジ形状に配置された先端面及び自由面（３４，３４’，３６，３６’）が２つの主要刃先（３８，３８’）を形成してなり、及び、
    半径、外部方向に前記主要刃先（３８，３８′）が増大するウェッジとからなるパーカッション又はハンマードリルにおいて、
    前記切断ウェッジの二等分線（６０）と、２つの主要刃先（３８，３８′）の中心面（ ４０）との間の角度（５８）が主要刃先（３８，３８′）に沿って外側方向に増大していることを特徴とするパーカッション又はハンマードリル。
16. 前記ウェッジ角度（５７）が２０°ないし４０°増大することを特徴とする請求項１５に記載のドリル。
17. 前記主要刃先（３８，３８’）間の最小のウェッジ角度が７０°ないし９０°の範囲にあることを特徴とする請求項１５に記載のドリル。
18. 内側部分より外側部分で大きな半径の曲線的主要切削ウェッジを特徴とする請求項１５ないし請求項１７のいずれか１項に記載のドリル。
19. 前記ドリル軸（２１）を介して走る平面が前記２つの主要刃先（３８，３８’）の中心面（４０）を構成することを特徴とする請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載のドリル。
20. １４０°ないし１８０°の範囲にある、前記２つの主要刃先（３８，３８’）間の頂角（４６）を特徴とする請求項１５ないし請求項１９のいずれか1項に記載のドリル。
21. １５０°ないし１７０°の範囲にある、前記２つの主要刃先（３８，３８’）間の頂角（４６）を特徴とする請求項１５ないし請求項２０のいずれか1項に記載のドリル。
22. １５５°ないし１６５°の範囲にある、前記２つの主要刃先（３８，３８’）間の頂角（４６）を特徴とする請求項１５ないし請求項２１のいずれか1項に記載のドリル。
23. 互いに対称的に配置された前記２つの主要刃先（３８，３８’）間に設けられているセンタリング部位（４８，４８’）であり、該センタリング部位（４８，４８’）の頂角が２つの主要刃先（３８，３８’）の頂角より小さいことを特徴とする請求項１５ないし請求項２２のいずれか１項に記載のドリル。
24. 前記センタリング部位（４８，４８’）と前記先端面（３４，３４’）及びそれぞれの自由面（３６，３６’）との間に設けられた曲線的移行面（５２，５２’）を特徴とする請求項２３に記載のドリル。
25. 前記センタリング部位（４８）は回転対称を示すことを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載のドリル。
26. 前記センタリング部位（４８）は、互いに垂直な２つの平面に関して面対称を示し、双方の平面がドリル軸（２１）を介して走っており、この２つの平面の一方が前記２つの主要刃先（３８，３８’）の中心面（４０）をさらに構成していることを特徴とする請求項２３又は請求項２４に記載のドリル。
27. ８０°ないし１３０°の範囲にある該センタリング部位（４８，４８’）の頂角を特徴とする請求項２３ないし請求項２６のいずれか１項に記載のドリル。

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