JP4064058B2 - さく岩機 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はドリル工具、特に請求項１の前文に従ったさく岩機に関する。
従来技術：
さく岩用ドリルは、超硬切断プレートを通常備えたドリルヘッド、該ドリルヘッドに隣接する１条の又は多数条のらせん状運搬ねじれ部、及び駆動機械に固定するため、続いて設けられたクランプシャンクから成る。さく岩用ドリルにおいて、運搬ねじれ部の主な役割は、超硬切断エッジによって分離された物質、即ち穿孔屑を穿設孔から搬出することである。この場合、穿孔屑溝のサイズ、即ち運搬部断面の開いた部分が、ドリルの性能にとって重要となる。つまり、良好な穿孔屑の運搬は良好な送りを保証すると共に、穿設孔内でのびびりの発生、詰まりによるドリルへのダメージ及び過熱等を防ぐ。又、穿孔屑溝の良好な運搬特性によって、ドリル工具の耐用年数も左右される。
【０００２】
更に、運搬ねじれ部は、穿設孔内でのドリル工具の案内特性も満たすものでなければならない。
１条の又は多数条の運搬ねじれ部の穿孔屑用らせん状排出溝は、その両側で同様にらせん状に延びるウェブによって境界が規定されている。この場合、該ウェブは、穿孔屑用の運搬面又は搬送面を形成し、該面は穿孔屑の搬送方向、即ちクランプシャンクの方向に向けて形成される。ウェブの外周面即ち横面は、所定の突起幅を有するいわゆる突起表面をウェブにおいて形成する。この突起表面が広ければ広いほど、穿設孔におけるドリル工具の案内特性は良好となる。しかしながら、ここで不都合なのは、穿設孔における摩擦が増大すること、及び穿孔屑を搬送するための溝容積が減少することである。従って、一方におけるウェブの突起表面の幅及びその結果生じる溝の容積と、他方における必要とされる案内特性との間で妥協がされなければならない。
【０００３】
ＤＥ−Ｂ ２０ １３ ３２８の図面には、そのような２条の運搬ねじれ部の基本構造が示されている。
穿孔屑溝内の穿孔屑の運搬特性を向上させるために多くの提案がなされている。例えば、ＥＰ ０ １２６ ４０９ Ｂ２には、案内特性を向上させる目的で、クランプ端の方向に運搬ねじれ部のリードの高さを増大させていき、その結果、ドリルヘッド領域により多くのウェブ面が形成されるようにすることが開示されている。又、これによって、クランプ端の方向、即ち穿孔屑の運搬方向に沿って穿孔屑溝が拡大し、その結果ドリルの詰まりが防止される。
【０００４】
ＤＥ ３０ １４ ６９３ Ｃ２には、運搬ウォームの原理による運搬ねじれ部の良好な運搬特性は、穿設孔の壁面と排出溝に位置した穿孔屑との間の摩擦抵抗が、穿孔屑と排出溝の表面との間の摩擦抵抗よりも大きい場合にのみ与えられることが開示されている。このため、これらの摩擦比を与えるためには、穿孔屑の発生量に対して穿孔屑溝の容積を絶えず適応させることが必要である。しかしながら、これは、ドリル加工条件の違いによって、穿孔屑の発生量が異なってくるため不可能である。このため、クランプ端側の部分で穿孔屑溝の断面を拡大させることが提案されている。
【０００５】
ＤＥ−４３ ３８ ６６７ Ａ１は、らせん状ウェブの突起表面に溝が導入されているために、壁面摩擦が減少するさく岩用ドリルについて開示している。これらの２次溝は、主としてウェブ突起の表面面積の縮小をもたらし、それによって摩擦が減少する。又、それらの溝は、穿孔屑を排出するという機能をある程度果たすかも知れないが、これは単に二次的効果として与えられるに過ぎない。
【０００６】
本発明の目的は、従来のドリル工具に対して壁面摩擦を減少させると共に、穿孔屑の運搬特性を向上させたドリル工具を提供することである。この場合、所望の成果は、可能な限り容易で且つ費用効果性の高い設計手段によってもたらされるべきである。
【０００７】
この目的は、請求項１の前文に従ったドリル工具を出発点とし、請求項１の特徴部分に記載された特徴によって達成される。
請求項１によるさく岩機の有利で目的に適った発展は、従属クレームにおいて具体的に述べられている。
【０００８】
本発明は、穿孔屑溝における穿孔屑の良好な運搬特性は、使用できる穿孔屑運搬面のサイズによっても少なからず決定されるという発見に基づいている。このサイズは、運搬面を備えた付属ウェブを有する排出溝の数によって決定される。十分な数又は量の穿孔屑運搬面は、らせん状に延びるウェブのフランクにより形成され、該フランクは、ドリルの長手軸に対して本質的に垂直に配置される。本発明によるドリル工具の設計は、対応する運搬面、運搬エッジ又は運搬フランクを有するように設けられた従来からの主ウェブに加えて、２次ウェブ又は２次フランクといったいわゆる２次運搬要素を備え、該２次運搬要素は、当該部分において付加的な穿孔屑運搬面を形成する。この場合、２次ウェブは主ウェブと同様の設計にしても良い。しかしながら、それらの外径は、運搬ねじれ部の外径よりも基本的に小さく、この結果運搬特性の向上と共に、摩擦損失の減少が生じる。又、穿孔屑用の付加的な運搬面又は運搬エッジを形成するために、コア凹部を設けることも可能である。
【０００９】
本発明による手段を用いれば、排出溝をいわゆる二重溝又は多重溝として形成することが可能となり、その結果、好ましくは穿孔屑用の付属運搬面を備えた複数の溝が、一つの排出溝の内部に設けられる。
この基本的な発見により、この基本概念を実現するための多数の可能な設計が導き出された。これらの可能な設計は、２次ウェブ及び／又は２次運搬面を２次運搬エッジの形式で配置する様々なバリエーションを含む。又、それらの２次運搬要素の数を変化させることも可能である。このことは、結果的に、同じサイズ又は異なるサイズを有し、同じ溝深さ又は異なる溝深さを有するサブ排出溝に排出溝を分割することになる。
【００１０】
本発明の基本概念の他の実施例は、以下の記載及び図面によってより詳細に説明される。
実施例の記載：
図１に示された実施例は、本発明の第一の基本原理を構成している。ここで、主ウェブ及び２次ウェブ形成の原理は、個々の排出溝分割部が既存の排出溝７の内部に形成されることで実現されており、該溝分割部はそれぞれに付加的な穿孔屑運搬面を形成している。この基本原理の変形例は、図２〜１３のそれぞれに示されている。
【００１１】
図１に示されたさく岩機１は、好ましくは末端側に超硬切断プレート３を備えたドリルヘッド２と、らせん状運搬ねじれ部５を備えたヘリカルシャンク４と、駆動機械への挿入のために隣接して設けられたクランプシャンク６とから成る。
図１による実施例において、らせん状運搬ねじれ部は、リード高さ（ｈ1）を有する１条のものとして設計されている。この結果、周囲に溝高さｈ2を有するらせん状排出溝７が形成され、該排出溝７はその両側で、同様にらせん状に延びるウェブ８によって境界を規定されている。ウェブ８の外周即ち突起表面９は、ウェブ高さｈ3にて形成される。突起表面９は、運搬ねじれ部径ｄ１を有する。ドリル工具の公称径は、超硬切断プレート３の直径Ｄによって形成されている。運搬ねじれ部のドリルコア３１の直径は、ｄ２で表されている。
【００１２】
穿孔屑溝即ち排出溝７を介して運搬される穿孔屑は、運搬面１１上に支持される。該運搬面１１は、運搬方向１０に向かっており、ドリルの長手軸１２に対して略直角の側面を有する。
図１及びその拡大図である図２によれば、いわゆる２次ウェブ１３は、排出溝７内に配置されている。この２次ウェブ１３は、基本的に主ウェブ８の縮小版である。しかしながら、それは又、幾何学的に変化をもたせたものであっても良い。高さｈ2を有する排出溝７は、２次ウェブ１３によって、高さｈ4を有する下側溝分割部１４と高さｈ5を有する上側溝分割部１５とに分けられる。２次ウェブ１３の高さは、ｈ8で表されている。２次ウェブ１３の外側突起表面は、２２で表されている。外側突起表面２２の外径は、ｄ3として規定されている。
【００１３】
主ウェブ８に対して付加的な２次ウェブ１３は、結果として、ドリルの長手軸１０に対して略直角な向きに同様に延びる付加的な運搬面１７を形成する。
図１，図２による実施例では、２次ウェブの外径ｄ3は、運搬ねじれ部７の外径ｄ1よりもわずかに小さい寸法となっている。結果として、排出溝７は、溝分割部１４，１５と穿孔屑用の主運搬面１１及び２次運搬面１７とを有する一種の二重溝を形成する。従って、２次ウェブ１３は、リード高さｈ7を有するらせん状の２次運搬ねじれ部として排出溝７内で同様に延びている。
【００１４】
図１及び図２の実施例によれば、高さｈ4，ｈ5をそれぞれ有する下側溝分割部１４と上側溝分割部１５とは、略同じ大きさになるように設計されている。それは、図３に示された実施例にも当てはまる。この場合、同一の部分は同一の参照符号で表されている。しかしながら、図３では、２次ウェブ１８の外径ｄ3は、かなり小さくなるように寸法が定められ、この結果、運搬されるべき穿孔屑用の運搬面１７が相対的に小さくなっている。図２と同様、図３においても、溝分割部１４，１５の分割は対称的に行われ、即ちｈ4≒ｈ5となっている。図２及び図３による実施例では、十分な２次運搬面１７を形成するために、ｄ1に対するｄ3の直径比は、略０．７〜０．９５の範囲である。特別な場合には、同外径にすることを選択しても良い。
【００１５】
図５〜図１１は、上述の図２及び図３による実施例の更なる変形例を示したものである。同一の部分は同一の参照符号で表されている。
図２による実施例と異なり、図４及び図５では、主ウェブ８’と２次ウェブ１９とは、どちらも一種の鋸刃の形状で設計されている。即ち、それぞれの運搬面１１，１７の反対側に位置するそれぞれのウェブの部分は、主ウェブ８’に対しては傾斜面２０として、２次ウェブ１９に対しては傾斜面２１として設計されている。
【００１６】
図４において、排出溝分割部１４，１５は、ここでも対称的な設計、即ちｈ4≒ｈ5となっている。一方、図５では、溝分割は非対称に行われている。この場合、ｈ4<ｈ5、即ち、排出溝分割部１４は排出溝分割部１５よりも小さく設計されている。２次ウェブ１９の外側突起表面２２の直径ｄ3は、図２，図３において図示されたものと同様の設計にしても良い。図４と図５とに図示されたものでは、直径ｄ３が同様に設計されている。
【００１７】
本発明の更なる変形例は、図６，７に示されている。ここでは、排出溝７は三つのサブセクション１４，１５，１６に分割されており、それぞれの排出溝分割部は、高さｈ4，ｈ5，ｈ6を有している。主ウェブ８は、図２，図３の実施例と同様に本質的に直角の設計となっており、２次ウェブ１９は、図４，図５の実施例と同様に鋸刃状の設計となっている。
【００１８】
図７に示された変形例は、ここでも溝分割部１４，１５，１６が非対称に分割されているという点で図６に示されたものと異なる。即ち、下側溝分割部１４と中央溝分割部１５とは、略同一の高さｈ4≒ｈ5を有しているが、上側溝分割部１６の溝高さｈ6は、高さｈ4，ｈ5の略２倍となっている。
【００１９】
図４、図５の場合と同様に、ウェブ８’、９は、図７においても鋸歯状に設計されている。
図６、図７において、外側突起表面の外径ｄ3は、運搬ねじれ部径ｄ1に対して、図２、図３で述べたものと同様の寸法になっている。
【００２０】
本発明の図８による実施例は、大部分において図２による実施例に一致している。しかし、排出溝７内で対称的配置となっているものの、２次ウェブ２３はアーチ状になっていて一点で末端をなしている。主ウェブ８は、ここでもまた、図２、図３でのべたものと同様に、矩形に構成されている。
【００２１】
図９による実施例は、三角形の２次ウェブ２４を示す。２次ウェブ２４は、ここでもまた、排出溝７内で対称的な配置をされている。主ウェブ８’’は断面において台形状に設計されている。その他、排出溝分割部１４，１５は、排出溝７内で対称的に配置されている。
【００２２】
図２〜図９による実施例の実例では、全ての排出溝分割部でのコア径が、略同じとなるよう設計されている。このコア径はｄ2として示されている。
反対に、図１０及び図１１による実施例では、溝分割部１４，１５が異なるコア径を有しているものを変形例として示す。
【００２３】
図１０では、下側溝分割部１４がコア径ｄ2を有するよう設計され、上側溝分割部１５ではコア径ｄ4とされている。ここで、ｄ4＜ｄ2である。上側溝分割部１５でのコア径を小さくすることにより、穿孔屑を受けるための溝容積がより大きくなる。２次ウェブ１３の２次運搬面１７もそれに従い大きくなる。これにより、外径ｄ3が小さくされていること（ｄ3＜ｄ1であること）が補われる。
【００２４】
これと反対なのが図１１による実施例である。ここでは、下側溝分割部１４で、より小さいコア径ｄ4とされており、上側溝分割部１５では標準のコア径ｄ2となっている。
図２〜図１１による実施例では、１条の又は多数条の運搬ねじれ部における排出溝７内に、主ウェブ８，８’，８’’に関連して形成された２次ウェブ１３，１８，１９により溝分割部を形成する多くの可能な変形例があることを示した。これらの２次ウェブについての幾何学上の設計には異なる変形例がある。排出溝７内の溝分割部を対称にしたり非対称にしたりして変化させると、排出溝の特性に影響を及ぼすことが可能である。結局、溝分割部のコア径を変えることは、溝容積の大きさを変化させる。
【００２５】
本発明の更なる変形例が、図１２及び図１３による実施例として与えられる。ここでは、主ウェブ８に関連した１つ以上の追加の２次ウェブの代わりに、いわば、ネガティブウェブが、凹部２５，２６によって形成される。このため、運搬ねじれ部のコア断面は、対応する凹部のために弱められる。凹部は、運搬面２７，２８に対応している。
【００２６】
従って、図１２による実施例では、ノーズ状切欠２９が運搬ねじれ部のコアに設けられ、その結果、コア断面において径が最大限のｄ5にまで小さくされる。結果としての斜面はドリルの長手軸１２に対して角度α≒１５°をなしている。
結果としての追加の運搬面２７は、排出溝７を、高さｈ4を有する下側溝分割部１４と高さｈ5を有する上側溝分割部１５とに分割する。ここで、ｈ4≦ｈ5である。
【００２７】
図１２に示されるノーズ状切欠２９は、運搬面２７と共に、図１３による実施例においては、高さｈ9を有する半円状切欠３０に置き換えられる。半円状切欠３０もまた、穿孔屑のための追加の運搬面２８を構成する。その結果、図１３による実施例においても、排出溝７は、下側溝分割部１４と上側溝分割部１５とに分割される。
【００２８】
全ての図において、矢印１０は、穿孔屑溝内での穿孔屑の運搬方向を特定しており、運搬方向はクランプ端部６への方向となっている。
本発明は、一つの既存の排出溝内に排出溝分割部を設けるものの代わりに、複数のらせん状排出溝に対して排出溝分割部を設けるものとしても実現可能である。但し、この場合は夫々の排出溝の境界を規定するウェブが異なった外径を有するものとして設けられる。例えば、２つのらせん状、或いは４つのらせん状ねじれ部の場合では、各２次ウェブの外径をより小さくしても良い。この場合、結果として、外径を小さくすることが壁面摩擦を小さくすることとなる。このウェブの外径の変化は、運搬ねじれ部の長手方向に関して対称的に、或いは非対称的に付けられていても良い。この変化は、また、ウェブ自体において所望に応じてなされていても良い。即ち、ウェブは、例えば、ｎ×３６０゜（ｎ＝１，２，３）の回転の角度毎に、大きな外径や小さな外径を交互に有するようにしても良い。このことは、運搬ねじれ部の運搬特性を実質的に変えることなく、壁面摩擦を絶えず低下させる。
【００２９】
図示され、説明された実施例に本発明は限定されない。それどころか、本発明は、請求項の文脈の範囲内で、当該技術の当業者に周知の他の全ての変形例に及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるドリル工具を全体的に示したものである。
【図２〜図１３】 図１によるドリル工具の様々な変形例を示したものである。
【符号の説明】
１ さく岩機
２ ドリルヘッド
３ 超硬切断プレート
４ ヘリカルシャンク
５ らせん状運搬ねじれ部
６ クランプシャンク
７ 排出溝
８ ウェブ（主）
９ 外周（突起表面）
１０ 運搬方向
１１ 運搬面（主）
１２ 長手軸
１３ ２次ウェブ
１４ 下側溝分割部
１５ 上側溝分割部
１６ 溝分割部
１７ 運搬面（２次）
１８ ２次ウェブ
１９ ２次ウェブ
２０ 傾斜面
２１ 傾斜面
２２ 外側突起表面
２３ ２次ウェブ
２４ ２次ウェブ
２５ 凹部
２６ 凹部
２７ 運搬面
２８ 運搬面
２９ ノーズ状切欠
３０ 半円状切欠
３１ ドリルコア
ｈ1 主運搬ねじれ部のリード高さ
ｈ2 溝高さ
ｈ3 ８のウェブ高さ
ｈ4 下側溝分割部
ｈ5 上側中央溝分割部
ｈ6 上側溝分割部
ｈ7 ２次運搬ねじれ部のリード高さ
ｈ8 １３のウェブ高さ
ｈ9 凹部３０の高さ
ｄ1 運搬ねじれ部径
Ｄ 公称径
ｄ2 コア径
ｄ3 ２次運搬ねじれ部の外径
ｄ4 コア径
ｄ5 コア径
ｔ1 溝深さ（ｄ1−ｄ2）
ｔ2 溝深さ（ｄ3−ｄ2）

Claims (12)

1. 回転式駆動及び／または衝撃式駆動をする、特にさく岩機としてのドリル工具であって、 ドリルヘッド（２）と、１条の又は多数条の運搬ねじれ部であって、前記ドリルヘッドに隣接し、穿孔屑のための少なくとも１つの排出溝（７）を有する運搬ねじれ部（５）と、クランプシャンク（６）と、を備え、前記運搬ねじれ部（５）の排出溝（７）は、らせん状に延びる同じ外径（ｄ１）を有する主ウェブ（８）によって、境界を規定され、少なくとも２つの排出溝部（１４，１５，１６）を形成するために、少なくとも１つの２次ウエブ （１３，１８，１９，２３，２４）が排出溝（７）内に設けられ、主ウェブ（８）と２次ウェブ（１３，１８，１９，２３，２４）とが、異なる外径（ｄ１，ｄ３）を有し、全体の運搬ねじれ部の長さに亘ってらせん状に延びる少なくとも１つの２次ウエブ （１３，１８，１９，２３，２４）は、少なくとも１つの２次運搬ねじれ部（１８，１９）を形成するために、前記各排出溝（７）に設けられ、少なくとも１つの排出溝部（１４，１５，１６）が円筒状領域を有することを特徴とするドリル工具。
2. 前記排出溝（７）に境界をつけるウエブ（８，１３，１８，１９，２３，２４）が、少なくとも前記運搬ねじれ部の長手方向の一部、及び／又は前記運搬ねじれ部の周方向の一部で、異なるウエブ突起幅（ｈ３，ｈ８）を有することを特徴とする請求項１に記載のドリル工具。
3. ２つのらせん状、或いは４つのらせん状運搬ねじれ部（５）が設けられ、夫々の排出溝（７）に境界をつける前記ウェブが、夫々の場合に交互に、異なる外径（ｄ1，ｄ2）、及び／または異なるウェブ突起幅（ｈ3，ｈ8）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドリル工具。
4. 運搬ねじれ部（５）における各排出溝部（１４，１５，１６）が、穿孔屑運搬面（１１，１７，１７'，２７，２８）を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のドリル工具。
5. ドリル工具の縦断面において、排出溝（７）が、２つの主ウェブ（８）によって境界を規定され、かつ該２つの主ウェブ（８）間に配置され、排出溝（７）が、少なくとも１つの２次ウェブ（１３，１８，１９，２３，２４）の形式の少なくとも１つの追加の穿孔屑運搬面（１７，２７，２８）を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のドリル工具。
6. ２次ウェブ（１３，１８，１９，２３，２４）の外径（ｄ3）が、主ウェブ（８，８'）の径（ｄ1）に比べて小さくされており、好ましくは、２次ウェブ（１３，１８，１９，２３，２４）の外径（ｄ3）が、主ウェブ（８，８'）の外径（ｄ1）の略７０％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載のドリル工具。
7. ２次ウェブ（１３，１８，１９，２３，２４）の突起幅（ｈ8）が、主ウェブ（８，８'）の突起幅（ｈ3）よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のドリル工具。
8. 穿孔屑運搬面を形成するため、主ウェブ（８，８'）及び／または２次ウェブ（１３，１８，１９）の運搬面（１１）が、ドリルの長手軸（１２）に対して略直角の側面を有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のドリル工具。
9. 主ウェブ（８，８'）及び／または２次ウェブ（１３，１８，１９）の運搬面（１１）が、平面の、凸状の、或いはポケット状の外形を有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のドリル工具。
10. 主ウェブ（８，８'）及び／または２次ウェブ（１３，１８，１９）の断面（１１）が、長方形、台形、半台形、三角形、或いは半円形の設計、及び／または、一点の、平面の、或いは曲面の末端をなす構成を有することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のドリル工具。
11. 排出溝分割部（１４，１５，１６）の溝深さ（ｔ1，ｔ2）が同じ大きさ、或いは異なった大きさとなるよう設計され、運搬方向での排出溝分割部又はドリルビット方向での排出溝分割部で、溝深さ（ｔ1，ｔ2）をより大きくしたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のドリル工具。
12. １条の又は多数条の運搬ねじれ部の１つ以上のウェブが、らせん状の外縁部分で、異なった外径、及び／または異なったウェブ突起幅（ｈ 3 ，ｈ 8 ）を有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のドリル工具。

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