JP4421691B2 - ドリル工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩石、コンクリート、組積構造体等に孔を形成するためのドリル工具であって、管状のシャフトを有し、このシャフトに吸引開口に連通する軸線方向に延びる貫通孔を設け、またシャフトの長手方向の一方の端部にドリル装置に連結するための差し込み端部を設け、この差し込み端部側とは反対側の前方端部に切り刃を設けたドリルヘッドを突出させ、このドリルヘッド全体を切り刃として作用する材料、好適には、硬質金属で構成したドリル工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石、コンクリート、組積構造体等に孔を形成する既知のドリル工具は、切り刃を設けたドリル工具のシャフトに螺旋状に設けた少なくとも１個の排出溝によって孔から穿孔屑を排出するいわゆる吸引ドリルが提案された。この吸引ドリルは軸線方向の孔を設けたドリル工具により構成し、このドリル工具をアダプタ及び接続部分を介して負圧発生装置特に、集塵機等に接続する。吸引ドリルは作業により発生する穿孔屑を吸引することによって高い穿孔効率をもたらし、また孔内をきれいにする。このような従来の吸引ドリルは例えば、ドイツ国特許公開第２７５６１４０号記載されている。この既知の吸引ドリルは軸線方向の吸引孔を設けたシャフトを有し、このシャフトの端部をアダプタに差し込み、このアダプタの周囲を接続部分によって包囲する。シャフトのアダプタ側とは反対側の端部に硬質金属の切り刃プレートを有するヘッド部分を釈放自在にねじ付ける。この吸引孔をヘッド部分の孔に接続し、ヘッド部分の孔を切り刃プレートの両側の側面に開口させる。アダプタ及び接続部分を介して吸引孔を集塵機に接続する。作動にあたり、切り刃によって発生する穿孔屑はドリルヘッド及び吸引孔を経て集塵機に搬送される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この既知の吸引ドリルは、シャフトにねじ付ける交換可能なヘッド部分を有している。ヘッド部分に差し込んだ硬質金属の切り刃プレートの過度な摩耗、又は孔が詰まった場合には、ヘッド部分を交換する。特に、ハンマードリル装置の作動により発生する個々の打撃エネルギによる軸線方向打撃は、シャフト及びヘッド部分のねじ山に極めて大きな負荷を与える。これにより、ねじ山が振動し、ヘッド部分の固定能力が低下する。更に、ドリル工具の回転により、ヘッド部分とシャフトとの間のねじ連結は一層締まり、より大きな力を加えても解離することができなくなる。更に、この既知の吸引ドリルを製造するには比較的コストがかかる。即ち、比較的長いスチール棒に軸線方向の孔を製造するのは高い製造技術を必要とするからである。
【０００４】
この既知の吸引ドリルの欠点を解決し、また吸引ドリルを簡単に製造することができるようにするため、ドイツ国実用新案第７９０８９２３号が提案されており、このドリル工具のシャフトはスチール製のスリーブにより形成している。この管状のシャフトの端部にアダプタを連結し、このアダプタを回転不能の接続部分により包囲し、この接続部分を例えば、集塵機に接続する。シャフトの軸線方向の延長部分にドリル工具をドリル装置に連結するための差し込み端部を有するアダプタを設ける。スチール製のスリーブの反対側の前方端部に軸線方向のスリットを設け、これらスリットは十字状に配列する。この軸線方向のスリットに一体の焼入れした硬質金属製切り刃クロスを挿入及び固定する。このような形状の切り刃及びスリーブ状又は管状のシャフトの内径により、切り刃とシャフトの内壁間に開口が残り、シャフト内の軸線方向の孔に接続される。
【０００５】
しかし、ドイツ国実用新案第７９０８９２３号に記載のドリル工具はヘッド領域の安定性が悪い欠点がある。即ち、硬質金属を焼入れした一体構成の切り刃クロスは単にスチール製のスリーブの軸線方向スリットにおいて支持するだけである。基礎を回転打撃によって開削することによって生ずる剪断力の大部分は、切り刃クロスに相当大きく加わる。これにより、切り刃クロスのスリット内での固定が解離し、うまく機能しなくなる。十字状の切り刃は、切り刃とシャフトの内壁との間に軸線方向孔の軸線方向の連通をもたらす開口を生ずるよう選択する。切り刃は効率のよい構成にし、交差領域での高さを増大する。このように構成した一体構成の切り刃の交差領域における切り刃頂点には、何ら支持力は作用せずに単に軸線方向孔をブリッジするだけである。作動にあたり、突出する切り刃頂点には軸線方向打撃によって最大の荷重が加わる。切り刃クロスの構成によっては、ハンマードリル装置との連結において比較的大きい軸線方向打撃の打撃エネルギによって、焼入れ硬質金属製の一体切り刃クロスは破壊することもある。切り刃及びスリーブの内壁との間に生ずる開口は軸線方向に指向する。作動にあたり、吸引ドリルのヘッド端部は切削された穿孔屑内に埋まる。このとき吸引作用は充分作用しなくなる。即ち、穿孔屑が即座に吸引され、開口が詰まってしまうからである。
【０００６】
従って、本発明の目的は、従来技術のドリル工具の欠点を解決するドリル工具を得るにある。この種類のドリル工具は、スリーブ状又は管状のシャフトと、全体的に切り刃作用を行う材料、好適には、焼入れした硬質金属製のドリルヘッドにより構成する。ドリル工具は、シャフト内の貫通孔に連通する吸引開口が作動中に発生する穿孔屑によって詰まることがないよう構成べきである。更に、ドリルヘッドは製造簡単かつ動作の信頼性が高いものでなくてはならない。
【０００７】
この目的を達成するため、本発明は、岩石、コンクリート、組積構造体等に孔を形成するためのドリル工具であって、管状のシャフトを有し、このシャフトに吸引開口に連通する軸線方向に延びる貫通孔を設け、またシャフトには、長手方向の一方の端部にドリル装置に連結するための差し込み端部を設け、この差し込み端部側とは反対側の前方端部に切り刃を設けたドリルヘッドを支持し、このドリルヘッド全体を切り刃として作用する単独の硬質金属材料で構成し、少なくとも１個の吸引開口を、少なくとも部分的にドリルヘッドの材料で画定したヘッド孔の開口により形成し、この開口の側面をシャフト及び／又はドリルヘッドの周縁領域により少なくとも部分的に構成したドリル工具において、前記貫通孔は少なくともシャフトの前方部分で多角形状の横断面にし、ドリルヘッドの切り刃とは反対側に軸線方向に延びる延長部分を設け、この延長部分を貫通孔の横断面に対応させ、ドリルヘッドを取り付ける際にこの軸線方向の延長部分が貫通孔に回転不能に保持されるようにし、ドリルヘッドの基部を前記管状のシャフトの前方端部に対して、溶接又はろう付けにより突き合わせて連結したことを特徴とする。
【０００８】
少なくとも１個のヘッド孔を設け、このヘッド孔をシャフト及び／又はドリルヘッドの外側内の大部分にわたり開口を設けるドリル工具の実施例によれば、作動にあたり、吸引開口の詰まりは軽減される。ヘッド孔の開口を構成する吸引開口は、切り刃と食い込む基礎との掛合部分の外側に存在し、切削された穿孔屑には直接接触しない。これにより吸引開口は、穿孔作業開始当初から不十分な吸引効率となって穿孔屑によって詰まるという事態が回避される。少なくとも部分的にドリルヘッドの材料によって生ずる吸引開口は、基礎の孔に対して、作動により発生する負圧で孔から発生する穿孔屑を信頼性高く除去するに充分開いた状態を維持する。ドリル工具の作動で生ずる環状空間に指向するドリルヘッドの側面での吸引開口の指向性により、充分粉砕されていない基礎材料が吸引開口に入り込んで吸引を阻止することが回避される。切り刃によって環状空間内で充分粉砕された穿孔屑のみが吸引開口に達する。ドリルヘッドの基部を管状のシャフトに連結する実施例によれば、比較的迅速に製造することができる。ドリルヘッドをシャフトの前方端部に固定するのは好適には、溶接又はろう付けにより行う。双方の接合技術は、シャフトに対するドリルヘッドの必須の保持力を保証することが分かっている。
【０００９】
ドリル工具の上述のとぎれなく作業を進行させることができるようにするためには、ヘッド孔の開口をシャフト及び／又はドリルヘッドの外側領域の３分の２以上にわたり配置するとよい。
【００１０】
吸引開口の詰まりをよりよく回避するためには、シャフトの側面の方向に又はドリルヘッドの軸線方向の側面にヘッド孔を指向させ、管状のシャフトの長手方向軸線に対して９０°以下の角度、好適には、１０°〜７０°の角度をなすようにする。ヘッド孔は、シャフトの側面及び／又はドリルヘッドの材料の残存する部分に設ける。これにより吸引開口として作用する開口は自動的にヘッドとシャフトとを結合することによって得られ、何ら後加工をする必要がない。シャフトの側面の端面は何も加工しないで放置し、又はドリルヘッドと管状のシャフトの結合後に特別なドリルヘッドの変形によりヘッド孔が残るようにする。ヘッド孔は双方の処理の組み合わせによって形成することができる。ドリルヘッドは通常粉末冶金成形及び焼結プロセスによって製造することができるが、このような成形に関しては種々の方法がある。焼結作業後にドリルヘッドの材料をそのままにし、例えば、側面の材料切削により又はドリルヘッドに１個又はそれ以上の孔を形成する。
【００１１】
好適には、ヘッド孔の開口の横断面をシャフトの貫通孔の横断面よりも小さくし、例えば、貫通孔の横断面の約３０％〜７０％の範囲の大きさにする。複数個のヘッド孔で吸引開口を形成する場合、吸引開口の総横断面が貫通孔の横断面よりも小さくなるようにする。貫通孔の横断面を大きくすることによって、貫通孔よりも大きい直径の穿孔屑が吸引されることがないようにすることができる。従って、貫通孔詰まりを確実に回避することができる。最悪の場合、吸引開口が突然塞がれることが起こりうる。しかし、このような詰まりは比較的軽微であり、例えば、くぎ又は針金によって幅の広い貫通孔内の詰まった材料を排除することができる。１個又はそれ以上の吸引開口の貫通孔に対する横断面の割合を選択することによって穿孔する孔に充分大きな負圧を生じ、吸引開口を経て吸引される穿孔屑がいつも即座にシャフトに吸引されるようにすることができる。これにより貫通孔に穿孔屑が過剰に吸引され、即座に排出されずに詰まる事態を回避することができる。
【００１２】
ヘッド孔及び／又は貫通孔は必ずしも円形の横断面形状である必要はない。例えば、横断面は楕円形、長円形、多角形等の形状であってもよい。更に、円形から逸脱した横断面はドリルヘッドの基部の接合処理のためにシャフトの接合面だけを局部的に大きくしたものであってもよい。
【００１３】
貫通孔を円形から逸脱した横断面にした実施例又はこれとの組み合わせの実施例の外に、シャフトの外部輪郭を円形から逸脱したものにすることもできる。更に、シャフトの外部輪郭の他の任意の形状は、ヘッド孔の形成を最適にすることを考慮して適用することもでき、また接合処理のためにできるだけ大きな接合面が得られるように決定することもできる。
【００１４】
本発明ドリル工具の好適な実施例においては、貫通孔の少なくともシャフトの前方端部における横断面を多角形形状にし、ドリルヘッドの切り刃とは反対側の端部に軸線方向に延びる延長部分を設け、この延長部分の外側輪郭を貫通孔の横断面に対応させる。例えば、貫通孔の横断面を正六角形の形状にし、ドリルヘッドの軸線方向の延長部分も対応する六角形の角部を設ける。取り付けたドリルヘッドは、六角形の貫通孔の内側に六角形の延長部分に位置し、回転不能に保持される。軸線方向の延長部分は、シャフトにろう付けでも溶接でも摩擦掛合でも連結しない。軸線方向延長部分の外側輪郭及び貫通孔の横断面が互いに適合し、この結果、作動にあたりドリルヘッドに作用する剪断力の大部分がドリルヘッドとシャフトとの間の回転不能の連結部分に加わり、また、この剪断力をシャフトに伝達する。これによりドリルヘッドとシャフトとの間の例えば、溶接又はろう付けによる接合位置における負荷は軽減され、ドリルヘッドの剪断は一層回避される。
【００１５】
吸引開口の個数をドリルヘッドの切り刃の個数に対応させ、各吸引開口を回転方向に直接隣接する切り刃に対して９０°よりも小さい角度間隔を設ける実施例によれば、作動により発生する穿孔屑は切り刃の直後に吸引される。１個の吸引開口が短時間で詰まる場合でも、残りの開いている吸引開口の吸引作用が確実に穿孔屑を排出することができる。
【００１６】
本発明によるドリル工具の他の好適な実施例においては、ドリルヘッドに３個の切り刃を設け、この切り刃の順次の間隔を約９０°〜約１８０°、好適には、１２０°の間隔毎に切り刃を設ける。この構成によれば、掘削すべき基礎材料に均等に掛合し、また円滑な穿孔作業を可能にする。３個の切り刃を設けたドリルヘッドを有する本発明ドリル工具の他の好適な実施例においては、シャフトの少なくとも前方部分を多角形の外側輪郭にする。ドリルヘッドは、端面図で見て切り刃を支持するよう拡大したヘッドベースを設け、このヘッドベースの側面をシャフトの側面に整列させる。切り刃は、ヘッドベースの側面に対して約９０°±１０°の角度をなすようにする。３個の切り刃を設けたドリルヘッド及び多角形の前方部分を有するシャフトのジオメトリを選択することによってドリルヘッドの基部の接合面を最適にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面につき本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１８】
図１に、本発明によるドリル工具１を示し、このドリル工具１は図示しないドリル装置Ｍ例えば、ハンマードリル装置の工具収容部Ｒに差し込んだ状態を示す。ドリル工具１は貫通孔３を設けた管状のシャフト２を有する。管状のシャフト２の一方の端部を接続部分４に例えば、溶接又はろう付けにより連結し、この接続部分４はドリル装置Ｍの工具収容部Ｒに連結するための差込み端部５を設ける。貫通孔３は接続部分４の孔６に接続し、接続部分４の周囲の開口７に開口させる。工具収容部Ｒの軸線方向の延長部分にドリル装置Ｍに対して回転不能な連結部Ｃを設け、この連結部に環状空間Ｓを設け、この環状空間Ｓに接続部分４の孔６の開口７を連通させる。環状空間Ｓは接続部Ｎに開口させ、この接続部Ｎは吸引ホースＨに接続する。
【００１９】
管状のシャフト２の接続部分４とは反対側の端部において、ドリル工具１にドリルヘッド８を設け、このドリルヘッド８は切り刃９を有しかつ全体的に切り刃として作用する材料例えば、硬質金属により構成する。ドリルヘッド８の基部を管状のシャフト２の前方端部に例えば、溶接又はろう付けにより接合する。ドリルヘッド８の領域に２個の吸引開口１１を有する貫通孔を接続し、これら吸引開口１１は２個のヘッド孔を構成し、ドリルヘッド８とシャフトとの接合領域に配置する。図１は１個の吸引開口１１を示し、ヘッド８の側面１０に設ける。第２の吸引開口はドリル工具１の反対側の側面に設ける。
【００２０】
図２は本発明によるドリル工具１のシャフト２の前方部分の図１に対して９０°の角度をなす軸線方向の縦断面を示す。２個のヘッド孔１２の開口により構成される吸引開口１１はドリルヘッド８の互いに背反する側面に設け、またドリルヘッド８の切り刃９とは軸線方向反対側に設ける。ヘッド孔１２はシャフト２の軸線Ａ又は軸線方向の貫通孔３に対して角度をなす。これにより、ドリルヘッド８の側面１０又はシャフト２の側面に確実に吸引開口を指向させることができるようになる。傾斜角度αは約１０°〜７０°の範囲の値とする。図面から明らかなように、ヘッド孔１２の横断面形状は貫通孔３の横断面形状よりも小さい。好適には、貫通孔３の横断面形状の約３０％〜７０％の範囲の大きさとする。ヘッド孔１２の開口側面の大きい部分はシャフト２の周囲又はドリルヘッド８の周囲の領域に配置する。
【００２１】
図３は本発明による他の実施例のドリル工具２１を示す。上述の実施例と同様に切り刃２９を設けたドリルヘッド２８の切り刃とは反対側の側面にプラグ状の軸線方向の延長部分２４を設け、この延長部分２４をシャフト２２の前方部分の貫通孔２３に取り付ける。貫通孔２３はシャフト２２の少なくとも前方部分において円形から逸脱する横断面形状にし、例えば六角形状にする。ドリルヘッド２８の軸線方向の延長部分の外側輪郭の横断面は貫通孔２３の横断面に対応させる。これにより、ドリルヘッド２８は例えば、溶接又はろう付けによる接合と相まってシャフト２２の前方端部における貫通孔２３との接続を回転不能に保持することができる。
【００２２】
図３から明らかなように、１個のみのヘッド孔２６を設け、このヘッド孔２６が吸引開口２７の開口を構成する。ヘッド孔２６はドリルヘッド２８とシャフト２２との接合領域に設け、ドリルヘッド２８の側面２５及びシャフト２２の前方端部に設ける。吸引開口は切り刃２９とは軸線方向反対側に設ける。ヘッド孔２６は貫通孔２３に対して傾斜させ、吸引開口がドリルヘッド２８の側面に指向するようにする。
【００２３】
図４は管状のシャフトの前方端部側からドリルヘッドを見た本発明による更に他の実施例のドリル工具３１の端面図を示す。管状のシャフト３２は円形から逸脱するが円形に近似する多角形形状の外側輪郭に形成する。貫通孔３３の横断面形状はシャフト３２の外側輪郭に対応させる。シャフト３２の前方端部に接合したドリルヘッド３８には３個の切り刃３９を設け、これら切り刃３９は１２０°の間隔毎に設ける。切り刃３９はシャフト３２の側面に対して約９０°±１０°の角度をなすように突出させる。吸引開口３７の個数は切り刃３９の個数に対応させる。吸引開口３７は、ドリル工具３１の回転方向に見て先行する切り刃３９とこれに直接隣接する吸引開口との間の角度が９０°以下の角度になるようにする。
【００２４】
図５は、３個の切り刃４９を設けたドリルヘッド４８を有するドリル工具４１の実施例を示す。ドリル工具の管状のシャフト４２は円形から逸脱する外側輪郭及び貫通孔４３を有し、この横断面形状はほぼ多角形をなす。３個の切り刃４９は互いに１２０°の間隔毎に設け、順次の切り刃４９毎に１個の吸引開口４７を配置する。ドリルヘッド４８とシャフト４２との例えば、溶接又はろう付けによる接合面を大きくとるため、ドリルヘッド４８に切り刃４９とは反対側に拡大するヘッドベース５０を設ける。ヘッドベース５０にヘッド孔４６を設ける。ヘッドベース５０の側面はシャフト４２の外側輪郭に整列するようにする。このようにして、ドリルヘッド４８を管状のシャフト４２の前方端部に永久的に接合する接合面を大きくすることができる。
【００２５】
本発明によるドリル工具は吸引ドリルとして使用することができる。図示のドリル工具は反転した状態で駆動装置に挿入することもできる。また例えば、貫通孔の開口には基礎に形成する孔を洗浄するための空気又は洗浄媒体を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハンマードリル装置の工具収容部に挿入した本発明によるドリル工具の一部断面とする側面図である。
【図２】 図１のドリル工具の前方部分の縦断面図である。
【図３】 図２のドリル工具の変更例の縦断面図である。
【図４】 本発明によるドリル工具の第３の実施例のドリルヘッドの端面図である。
【図５】 本発明によるドリル工具の図４の変更例としてのドリルヘッドの端面図である。
【符号の説明】
1,21,31,41 ドリル工具
2,22,32,42 シャフト
3,23,33,43 貫通孔
４ 接続部分
５ 差込み端部
６ 孔
７ 開口
8,28,38,48 ドリルヘッド
9,29,39,49 切り刃
10 ドリルヘッドの側面
11 吸引開口
12,26,36,46 ヘッド孔
24 延長部分
50 拡張ベース部

Claims (8)

1. 岩石、コンクリート、組積構造体等に孔を形成するためのドリル工具であって、管状のシャフト（２；２２；３２；４２）を有し、このシャフトに吸引開口（７，１１；２７；３７；４７）に連通する軸線方向に延びる貫通孔（３；２３；３３；４３）を設け、またシャフトには、長手方向の一方の端部にドリル装置（Ｍ）に連結するための差し込み端部（５）を設け、この差し込み端部側とは反対側の前方端部に切り刃（９；２９；３９；４９）を設けたドリルヘッド（８；２８；３８；４８）を支持し、このドリルヘッド全体を切り刃として作用する単独の硬質金属材料で構成し、少なくとも１個の吸引開口（１１；２７；３７；４７）を、少なくとも部分的にドリルヘッド（８；２８；３８；４８）の材料で画定したヘッド孔（１２；２６；３６；４６）の開口により形成し、この開口の側面をシャフト（２；２２；３２；４２）及び／又はドリルヘッド（８；２８；３８；４８）の周縁領域により少なくとも部分的に構成したドリル工具において、前記貫通孔（２３）は少なくともシャフト（２２）の前方部分で多角形状の横断面にし、ドリルヘッド（２８）の切り刃（２９）とは反対側に軸線方向に延びる延長部分（２４）を設け、この延長部分を貫通孔（２３）の横断面に対応させ、ドリルヘッド（２８）を取り付ける際にこの軸線方向の延長部分（２４）が貫通孔（２３）に回転不能に保持されるようにし、ドリルヘッド（８；２８；３８；４８）の基部を前記管状のシャフト（２；２２；３２；４２）の前方端部に対して、溶接又はろう付けにより突き合わせて連結したことを特徴とするドリル工具。
2. 前記シャフト（２；２２；３２；４２）及び／又はドリルヘッド（８；２８；３８；４８）の外側領域におけるヘッド孔（１２；２６；３６；４６）の開口側面の３分の２以上にわたり設けた請求項１記載のドリル工具。
3. ヘッド孔（１２；２６）をシャフト（２；２２）の側面又はドリルヘッド（８；２８）の軸線方向の側面の方向に指向させ、管状のシャフト（２；２２）の長手方向軸線に対して９０°よりも小さい或る角度（α）をなすようにし、好適には、この角度を１０°〜７０°の範囲とした請求項１又は２記載のドリル工具。
4. ヘッド孔（１２；２６；３６；４６）の開口の横断面を貫通孔（３；２３；３３；４３）の横断面よりも小さくし、好適には、貫通孔の横断面の３０％〜７０％にした請求項１乃至３のうちのいずれか一項にドリル工具。
5. 前記シャフト（２２；３２；４２）を円形から逸脱した外側輪郭にした請求項１乃至４のうちのいずれか一項にドリル工具。
6. 吸引開口（３７；４７）の個数をドリルヘッド（３８；４８）の切り刃（３９；４９）の個数に対応させ、また回転方向に隣接する切り刃に対して９０°よりも小さい角度間隔をとって設けた請求項１乃至５のうちのいずれか一項にドリル工具。
7. ドリルヘッド（３８；４８）に３個の切り刃（３９；４９）を設け、これら切り刃を約９０°〜約１８０°の角度間隔、好適には、１２０°の角度間隔で設けた請求項１乃至６のうちのいずれか一項にドリル工具。
8. シャフト（４２）の少なくとも前方部分を多角形形状の外側輪郭にし、ドリルヘッド（４８）もこの外側輪郭に適合するよう構成し、ドリルヘッドには切り刃（４９）を支持する拡大ヘッドベース（５０）を設け、このヘッドベースの外側輪郭をシャフト（４２）の側面に整列させ、ヘッドベース（５０）の側面に対して切り刃（４９）が９０°±１０°の角度をなすようにした請求項７記載のドリル工具。

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