JPWO2003103914A1 - ドリルビット - Google Patents

Abstract

コンクリート等に穿孔作業において、穿孔状態が急に変化するのを緩和し、該作業を安定させることができ、大粒の切り屑が発生した際にも、穿孔効率を低下させないドリルビットを提供することを目的とし、略放射状に配置される切刃部が、少なくとも２以上の主切刃部と、周方向において前記主切刃部と主切刃部との間に配置される、少なくとも２以上の副切刃部とを有し、前記主切刃部は、内端が回転中心に位置し、外端が切刃部の回転軌跡の外縁に位置する主切刃を、該主切刃部の切刃として備え、前記副切刃部は、内端が回転中心から外径側に離間した部位に位置し、外端が切刃部の回転軌跡の外縁から回転中心側に離間した位置に位置する副切刃を、該副切刃部の切刃として備えている。

Description

〔技術分野〕
本発明は、ビット本体先端に、超硬合金製の切刃体を、ろう付けや溶接等で一体的に固着したドリルビットに関するものであり、さらに詳しくは、コンクリートや石材等の穿孔作業において穿孔作業性に優れた、ドリルビットに関する。
〔技術背景〕
コンクリートや石材等に対する穿孔は、回転ハンマードリルに専用のドリルビットを取着し、軸心方向の振動的な打撃力と回転トルクの両作用を同時に与えて穿孔（穴明け）する。この種のドリルビットには、鋼製のビット本体の先端に、耐摩耗性に優れた超硬合金製の切刃体をろう付けや溶接等で固着しているものがある。また、前記ビット本体の外周には、切刃体の各切刃部に形成した凹部に対応して切り屑排出溝が設けられている。そして、ビット本体の基端部には、ハンマードリルの駆動軸に連結する規格化されたシャンク部が設けられている。
本出願人は、先に、この種の新規なドリルビットを提供した（特願２０００−３７７０８２号）。このドリルビットは、ビット本体の先端に固着したブロック状の切刃体に、複数の切刃部をそれぞれ中心から外径方向に向けて略放射状に設けている。各切刃部は切削面と逃げ面を有し、これら切削面と逃げ面の境界に先端方に突設するように形成される接合エッジによって、切刃が形成されている。そして、各切刃部の切刃の内端（中心側の端）を刃先頂点で接合させて、刃先頂点をチゼルエッジのない、先端方に向かって尖った尖端形状に、形成している。そして、隣接する切刃部と切刃部との間に、後方に凹む凹部によって刃部切り屑排出溝が形成され、この刃部切り屑排出溝が、ビット本体の外周に設けた幅広のビット切り屑排出溝に連続している如き、構成を有する。
このように構成されたドリルビットによれば、コンクリートや石材等の穿孔作業において、ドリル孔の切削面を前記切刃部によって衝撃的に打当する如き切削（打撃切削）により切り屑が発生する。この切り屑は、ドリルビットの軸心方向の動作に伴ってドリル孔の切削面から浮き上り、各刃部切り屑排出溝を経て、幅広のビット切り屑排出溝に排出され、最終的に、ドリル孔外に円滑に排出される。このため、ドリル孔の穿孔深さに関係なく、効率的に切り屑が排出される。さらに、刃先頂点がチゼルエッジのない尖端形状に構成されているため、穿孔に際して回転中心が一義的に定まり、安定して回転させることができる。この結果、所望の径で且つ所望の形状の穴が容易に穿設可能となる。加えて、耐久性にも優れたドリルビットとなる。
ところが、前記構成のドリルビットは、切刃体上の各切刃部の形態（構成）が全て同じであることに起因して、例えば、コンクリートの穿孔作業中に、切刃部がコンクリート内の鉄筋や石材等の固い被削物に当たると、衝撃的な力がその当接した切刃部あるいはそれに隣接した特定の切刃部に集中的に作用し、穿孔状態が急に変化する。
また、穿孔作業中には、ドリル孔の切削面では大小さまざまな切り屑が発生し、大粒の切り屑も発生するが、打撃切削が繰り返される間に、細かく破砕されるため、穿孔作業に支障を来すことはない。しかしながら、大粒の切り屑がドリルビットの切刃によって打当・粉砕されている間は、いずれの切刃も、ドリル孔の切削面に対して切削作用をおこなわないため、切削作用はその間中断する。従って、穿孔効率が低下する。
〔発明の開示〕
本発明は、コンクリートや石材等に穿孔作業において、穿孔状態が急に変化するのを緩和して、穿孔作業を可及的に安定させておこなうことができるようにするとともに、大粒の切り屑が発生した際にも、穿孔効率を低下させることがないドリルビットを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明に係るドリルビットは、ドリルの回転中心側から外径側に向かって略放射状に配置されるとともに、切削面と逃げ面の接合エッジが先端側に突設されることによって形成される切刃を有して、ドリル先端に配置される複数の切刃部と、該切刃部の基端側に設けられ基端部にシャンク部が形成された軸状のビット本体とを備え、回転動作と軸方向の動作の複合動作によって打撃切削をおこなうドリルビットにおいて、
前記切刃部が、少なくとも２以上の主切刃部と、周方向において前記主切刃部と主切刃部との間に配置される、少なくとも２以上の副切刃部とを有し、
前記主切刃部は、内端が回転中心に位置し、外端が切刃部の回転軌跡の外縁に位置する主切刃を、該主切刃部の切刃として備え、
前記副切刃部は、内端が回転中心から外径側に離間した部位に位置し、外端が切刃部の回転軌跡の外縁から回転中心側に離間した位置に位置する副切刃を、該副切刃部の切刃として備えている、ことを特徴とする。
前述のように構成されたドリルビットによれば、コンクリートや石材等の穿孔において、ドリル孔切削面に対する切削（ドリル孔切削面における切り屑の破砕も含む）は、主に、回転中心から刃先部外端に達する主切刃が打当して打撃切削が行われ、副切刃はこの主切刃による切削を補助する。つまり、副切刃は主切刃の打撃切削を補完するとともに、両者が協同して、効率的な切削がおこなわれる。そして、副切刃の外端は主切刃の外端より回転中心側に位置していることから、該副切刃はドリル孔の内面には基本的に接触しないことから、ドリルビット全体の切削抵抗は低減され、効率的な打撃切削が実現できる。しかも、主切刃の外縁はドリル孔の内周面によってガイドされることから、所望の形状の孔（円形孔）が穿設できる。
また、前記ドリルビットにおいて、前記主切刃部の主切刃が、外端側で後方に後退するように傾斜しており、各主切刃の内端が略回転中点で接合して刃先頂点を形成していると、回転中心に刃先頂点が形成されて、回転が安定しておこなわれるとともに、この刃先頂点でドリル孔の切削面を打当して、効果的な打撃切削が可能となる。
さらに、前記ドリルビットにおいて、前記副切刃部の副切刃が、前記主切刃と同じ角度で同じ方向に傾斜していると、製造時に、各切刃部に切削面と逃げ面を削成により形成して、主切刃あるいは副切刃を形成する所謂「刃付け作業」の際に、主切刃と副切刃とも、削成条件が同じになり、加工が容易となり、この結果、生産性に優れたドリルビットとなる。
また、前記ドリルビットにおいて、前記副切刃が、主切刃より、後方に後退した位置に設けられていると、ドリル孔切削面に対する直接的な打撃切削は、主に主切刃により行われ、副切刃は主切刃間にあって、主に、主切刃間に発生する大粒の切り屑等を主切刃間に挟み込んだ形態での効果的な破砕が実行される。つまり、穿孔作業中に、ドリル孔の切削面に発生する大粒の切り屑の破砕、およびそれに並行する穿設作業が、隣り合う主切刃と副切刃との協働によって効果的に行われつつ並行で進行するので、従来のドリルビットに比べて、高い穿孔効率を得ることができる。
また、前記ドリルビットにおいて、前記副切刃と回転中心との間に、該副切刃より後方に後退した切欠面を具備すると、主切刃等の打撃切削によって生じた大粒の切り屑は、主切刃部と副切刃部との間で行き場を失った状態で、この切欠面でドリル孔の切削面との間で効果的に圧砕されるため、大粒の切り屑の圧砕のために主切刃および副切刃が煩わされることなく、並行して効果的な打撃切削が継続できる。その結果、高い穿孔効率を得ることができる。
また、前記ドリルビットにおいて、前記切欠面が、副切刃部の逃げ面側に傾斜していると、大粒の切り屑が前述のとおり切欠面によって圧砕された後で、これらの切り屑は切欠面の傾斜によって切刃部から切り屑排出溝側に押し出されることから、切り屑の排出性が向上する。
さらに、前記ドリルビットにおいて、前記主切刃部と副切刃部とが１の切刃体として一体のブロック状に形成され、該切刃体が、前記ビット本体の先端に、一体に固着されていると、製造時に、主切刃部と副切刃部を一体のブロック状に焼結成形、鍛造等によって製造しておき、それをビット本体の先端に溶着等で簡単に固着することによって、効率的に製造することが可能となる。
また、前記ドリルビットにおいて、前記主切刃部と副切刃部とが、前記刃先頂点を中心として周方向において交互に配置され、底面視において、該刃先頂点を中心とする略アスタリスク形状をしていると、各切刃部間に形成される隙間を刃部切り屑排出溝として利用できる点で、好ましい実施形態となる。この場合、外径が６ｍｍ〜２０ｍｍ程度のドリルビットでは、主切刃部と副切刃部を合わせて切刃部は、４個〜８個程度が好ましい実施形態となり、切刃部が偶数のときには、主切刃部と副切刃部とを交互に配置し、切刃部が奇数のときには、主切刃部と副切刃部とを交互に配置し、最後に主切刃部と主切刃部を隣合わせに配置するのが望ましい。
さらに、前記ドリルビットにおいて、前記切刃部とそれに隣接する切刃部との間に、凹状の刃部切り屑排出溝が形成されるとともに、該刃部切り屑排出溝に連続するようその後方のビット本体の外周面にビット切り屑排出溝が形成されていると、ドリル孔の切削面で発生した切り屑を効果的にドリル孔の外へ排出することが可能となる。
また、前記ドリルビットにおいて、前記切刃部が超硬合金により構成され、前記ビット本体が鋼製であると、切刃部に高い切削性と耐磨耗性等の高い超硬合金を利用した、性能的に優れたドリルビットを安価に提供できる。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面に基づいて説明する。
図１に図示するように、鋼製のビット本体１の先端には、図１〜図３に図示する超硬合金製のブロック状の切刃体２が、一体に固着されている。この固着は、ろう付け等の溶接あるいは摩擦圧接等の周知の手法でおこなわれる。
この実施の形態では、この切刃体２には、各切刃が回転中心側から外径方向を向くように略放射状に、周方向において等配になるように６つ、つまり６０度毎に、切刃部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆがそれぞれ設けられている。これらの切刃部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆは、穿設時の回転に際して前側に位置する切削面３と後ろ側になる逃げ面４を、それぞれ備えている。これらの各切削面３と逃げ面４の接合エッジによって切刃がそれぞれ略放射方向に形成されている。この接合エッジは、先端方（図１において下方、図３において上方）に突出するような形態で形成されている。この実施例では、前記切刃部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆに対応して、周方向に等配的に６つの切刃が形成されている。従って、この実施例では、６０度おきに６つの切刃（図４の３つの主切刃６と３つの副切刃７の計６つの切刃を参照）が形成されている。
この実施例では、前記切刃は２種類のものからなる。つまり、切刃は、主切刃６と副切刃７の２種類のもので構成され、これら主切刃６と副切刃７は、切刃体２の先端に、図２、図４に示すように、底面から見て、一つおきに交互に配置されている。また、この主切刃６が形成されている切刃部２ａ，２ｃ，２ｅは、主切刃部となり、また、前記副切刃７が形成されている切刃部２ｂ，２ｄ，２ｆは、副切刃部となる。
前記主切刃６の内端は、回転中心となり且つ各主切刃６の内端が接合して形成される刃先頂点５に位置し、外端１２は切刃体２の回転軌跡の外縁（最も外縁）に位置するように、回転中心（刃先頂点５）から外径方向を向いて設けられている。
また、前記副切刃７の内端７ｉは、回転中心となる前記刃先頂点５から外径方に離間した位置にあり、該刃先頂点５と副切刃７の内端７ｉとの間には切欠面８が形成されている。
また、前記主切刃６の外端１２は、この切刃体２の外縁に位置するのに対して、前記副切刃７の外端１１は、切刃体２の外縁よりやや内径方に入った位置に位置する。即ち、副切刃７を先端に有する切刃部２ｂ，２ｄ，２ｆの長さ（内端から外端までの長さ）を、主切刃６を先端に有する切刃部２ａ，２ｃ，２ｅの長さより短くし、図４に示すように、副切刃７を有する切刃部２ｂ，２ｄ，２ｆの外端１１が描く回転軌跡ａを、主切刃６を有する切刃部２ａ，２ｃ，２ｅの外端１２が描く回転軌跡ｂより内側に位置するような構成になっている。具体的には、例えば、外径６ｍｍ〜２０ｍｍ程度のドリルビットでは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度、副切刃７の外端が主切刃６の外端より内側に位置するように構成すれば十分である。
このように、内端と外端の位置が異なる、前記副切刃７の長さは、前記主切刃６の長さより、短く構成されている。具体的には、副切刃７の長さは、前記主切刃６の長さに比べて、１／２〜１／４程度、特に１／３〜１／４程度であってもよい。
ところで、前記切欠面８は、前記副切刃７より、刃先から後退した位置に位置する。この実施例の場合には、切欠面８の最も後退した位置は、副切刃７の外端と略同じ程度となるよう後退している。
また、この切欠面８の内端の線８ｃは、副切刃７の内端から、ドリルビットの中心線に対してほぼ直交するよう、正確には８５度の角度で交わるように形成されている。
さらに、この切欠面８は、該副切刃７を形成する逃げ面４側に僅かに傾斜して形成されている。この実施例の場合には、約１０度〜１５度程度傾斜している。そして、この切欠面８は刃先側から見る（図２，図４参照）と、二等辺三角形に近い三角形状（正確には、９０度でなく前記８５度の角度で交わっている分だけ二等辺三角形から変形している）の平面を呈している。
ところで、図１に図示するように、前記主切刃６の刃先角（主切刃６がドリルビットの中心線に対してなす角度）αと副切刃７の刃先角β（副切刃７がドリルビットの中心線に対してなす角度）は、同じ角度に構成されている。
加えて、図１に顕著に見られるように、この副切刃７は、主切刃６から刃先に対して後退した位置に設けられている。この後退の程度は、適宜寸法が考えられるが、例えば、６ｍｍ〜２０ｍｍ程度の外径を有するドリルビットでは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であればよい。
また、この副切刃７は、図１に図示するように、ドリルビットを長手方向に直交した方向から見ると、切刃部２ｂ，２ｄ，２ｆの厚み（幅方向の寸法）を薄くして主切刃６に比べて刃先に対して後退させて配置することによって、つまり、主切刃６に対してこの副切刃７は後方に平行移動したような位置に設けて、この構成を実現している。しかし、これに限定されるものでなく、例えば、前記切削面３と逃げ面４との陵の寸法を小さくすることによって実現してもよい。
また、各切刃部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ間に形成される断面略Ｖ字状の凹部は、刃部切り屑排出溝９となり、これらの刃部切り屑排出溝９はビット本体１の外周に設けたビット切り屑排出溝１０に連通している。
なお、図示はしていないが、ビット本体１の基部には、回転ハンマードリルの駆動軸に取着したチャック等の固定手段に保持されるシャンク部が延設されている。このため、このドリルビットは使用に際して、周知の市販のドリルビットと交換してそのまま使用できるようにしている。
上記構成を有する本発明に係るドリルビットは、回転ハンマードリルに取着して、コンクリート等の穿設に際して以下のように作用する。即ち、
コンクリートや石材等に対する穿孔において、ドリル孔の切削面の切削は、主に、ドリルビットの刃先頂点５から切刃部２の外端１２に達する主切刃６により行われる。この主切刃６による切削で生じる切り屑の内、細かい切り屑は、打撃切削が繰り返される間に、ドリル孔切削面から浮き上って、各切刃部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ間の刃部屑排出溝９を経てビット切り屑排出溝１０へ排出され、ドリル孔外に円滑に排出される。
他方、ドリル孔切削面に残り、ドリル孔の切削面の中心付近にある大粒の切り屑は、次回の打撃切削時に、主切刃６の直接的な打当によって破砕されるか、あるいは、主切刃６間に入り込んで、副切刃７の先の切欠面８により圧砕される。そして、圧砕された切り屑は、該切欠面８の傾斜によって刃部切り屑排出溝９へ押し出される。また、ドリル孔の切削面に残される大粒の切り屑の内、ドリル孔の切削面上でドリル孔の内周壁付近に押しやられた大粒の切り屑は、打撃切削時に、主切刃６間に挟み込まれた状態で副切刃７が打当することによって破砕され、該切欠面８の傾斜によって刃部切り屑排出溝９へ押し出される。こうして、ドリル孔の切削面に生じる大粒の切り屑は、主切刃６と副切刃７の有機的な協働動作によって効果的に破砕される。このように穿孔効率の高い穿孔が実施されることになる。
また、穿孔時の切削力は、切刃の長さ及び配置が異なり、また刃先からの配置位置が異なる、主切刃６と副切刃７によって、常に分担されるので、コンクリート内の鉄筋あるいは石等に当接して穿孔状態が急に変化しても、それらはさほど影響されることなく安定して穿孔作業が継続できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明にかかるドリルビットによれば、前述のように構成されていることから、穿孔作業中にコンクリートや石材等に先端が当たって穿孔状態が急に変化しても、その変化を緩和して、穿孔作業を可及的に安定しておこなうことができる。また、大粒の切り屑が発生しても、主切刃と副切刃が有機的に協動して、打撃切削作業を妨げることなく有効に破砕するため、穿孔効率が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施例にかかるドリルビットの構成を示す正面図である。
図２は、ドリルビットの切刃体の下端面（底面：打撃切削に供する面）の構成を示す底面図である。
図３は、図１，図２に示すドリルビットの切刃体を斜め先端方から見た該切刃体の斜視図である。
図４は、切刃体における切刃部の回動軌跡を説明するための切刃体の拡大底面図である。

Claims (10)

1. ドリルの回転中心側から外径側に向かって略放射状に配置されるとともに、切削面と逃げ面の接合エッジが先端側に突設されることによって形成される切刃を有して、ドリル先端に配置される複数の切刃部と、該切刃部の基端側に設けられ基端部にシャンク部が形成された軸状のビット本体とを備え、回転動作と軸方向の動作の複合動作によって打撃切削をおこなうドリルビットにおいて、
   前記切刃部が、少なくとも２以上の主切刃部と、周方向において前記主切刃部と主切刃部との間に配置される、少なくとも２以上の副切刃部とを有し、
   前記主切刃部は、内端が回転中心に位置し、外端が切刃部の回転軌跡の外縁に位置する主切刃を、該主切刃部の切刃として備え、
   前記副切刃部は、内端が回転中心から外径側に離間した部位に位置し、外端が切刃部の回転軌跡の外縁から回転中心側に離間した位置に位置する副切刃を、該副切刃部の切刃として備えている、
   ことを特徴とするドリルビット。
2. 前記主切刃部の主切刃が、外端側で後方に後退するように傾斜しており、各主切刃の内端が略回転中点で接合して刃先頂点を形成している請求項１記載のドリルビット。
3. 前記副切刃部の副切刃が、前記主切刃と同じ角度で同じ方向に傾斜している請求項２記載のドリルビット。
4. 前記副切刃が、主切刃より、後方に後退した位置に設けられている請求項１乃至３のいずれか１の項に記載のドリルビット。
5. 前記副切刃と回転中心との間に、該副切刃より後方に後退した切欠面を具備する請求項１乃至４のいずれか１の項記載のドリルビット。
6. 前記切欠面が、副切刃部の逃げ面側に傾斜している請求項５記載のドリルビット。
7. 前記主切刃部と副切刃部とが１の切刃体として一体のブロック状に形成され、該切刃体が、前記ビット本体の先端に、一体に固着されている請求項１乃至６のいずれか１の項記載のドリルビット。
8. 前記主切刃部と副切刃部とが、前記刃先頂点を中心として周方向において交互に配置され、底面視において、該刃先頂点を中心とする略アスタリスク形状をしている請求項１乃至７のいずれか１の項に記載のドリルビット。
9. 前記切刃部とそれに隣接する切刃部との間に、凹状の刃部切り屑排出溝が形成されるとともに、該刃部切り屑排出溝に連続するようその後方のビット本体の外周面にビット切り屑排出溝が形成されている請求項１乃至８のいずれか１の項に記載のドリルビット。
10. 前記切刃部が超硬合金により構成され、前記ビット本体が鋼製である請求項１乃至９のいずれか１の項に記載のドリルビット。

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