KR20050054820A - 회전 및/또는 충격을 가하는 공구용 드릴 생크 - Google Patents

회전 및/또는 충격을 가하는 공구용 드릴 생크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축(A)을 따라 회전하면서 및/또는 충격을 가하면서 구동되고 최대 가이드 직경(D) 안에서 축(A)을 따라 연장되는 공구(2)의 드릴 생크(1)에 관한 것으로, 상기 드릴 생크는 축방향 로킹 단부(3)에서 자유 정면 단부(4) 쪽으로 축을 따라 폐쇄된 적어도 하나의 로킹용 홈(5), 및 적어도 하나의 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면(7)을 구비하고 홈 폭(B)을 갖는 회전 종동 홈(6)을 포함하며, 이 경우 길이가(L)가 가이드 직경(D)의 적어도 3배인 경우에는, 적어도 2개의 회전 종동 홈(6)이 축방향 로킹 단부(3) 앞에서 공구측에서 지지되어 가이드 직경(D)의 적어도 1.5배인 콘택 길이(K)에 걸쳐서는 상기 가이드 직경(D)의 1/5보다 넓게 형성된다.

Description

회전 및/또는 충격을 가하는 공구용 드릴 생크 {SHANK OF DRILL FOR A ROTATING AND/OR BEATING TOOL}
본 발명은 암석, 콘크리트 또는 담벽을 가공하기 위한 보오링 비트(boring bit), 비트 또는 절삭 보오링 비트와 같이 적어도 부분적으로 회전하면서 및/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구용 드릴 생크(shank of the drill)에 관한 것이다.
통상적으로, 회전 및/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구는, 회전하는 및/또는 충격을 가하는 손 공구 기계를 위해 축을 따라 연장되는 드릴 생크를 포함한다. 다양한 공구 팰릿(pallet)을 자유로이 선택하여 사용하기 위해서는, 공구의 드릴 생크와 손 공구 기계의 공구 수용부 사이의 경계면이 적어도 특정 파워 등급 안에서는 호환 가능해야 한다. 현재 드릴링 해머 시스템에서 폭넓게 이용되고 있고 실질적으로 표준화된 드릴 생크 및 관련 공구 수용부는, 실린더 재킷 형태의 공구측 가이드면, 자유로운 정면 단부 쪽으로 축방향으로 폐쇄된 로킹용 홈 및 자유로운 정면 단부 쪽으로 축방향으로 개방된 사다리꼴의 회전 종동 홈을 포함하는 DE 2551125 A1호 및 DE 3716915 A1호와 관련이 있으며, 이 경우 관련 공구 수용부의 적어도 하나의 방사형으로 변위 가능한 로킹 바디는 상기 로킹용 홈에 결합되어 상기 공구 수용부 내에서의 상기 공구의 축방향 이동 가능성을 제한할 수 있다.
DE 2551125 A1호에 따라 실질적으로 표준화된 드릴 생크 및 공구 수용부는 10 mm의 가이드 직경을 가지며, 이 경우에는 동일한 형태를 갖고 직경상으로 마주 놓인 각각 정확하게 2개의 로킹용 홈 및 회전 종동 홈이 대칭으로 둘레에 분배되어 있다. 로킹용 홈에 비해 약간 더 긴 회전 종동 홈에는 드릴 생크의 공구측 단부까지 연장되는 가이드면이 공구측에 연결되고, 상기 가이드면은 토크 전달에는 기여하지 않는다. 상기 드릴 생크는 원래 17 mm까지의 드릴 비트 직경용으로 설계되었기 때문에 650 W 미만의 출력을 갖는 출력이 보다 약한 소형 드릴링 해머의 영역에 할당될 수 있다. 그러나 출력이 점점 더 강해지는 손 공구 기계, 특히 드릴링 해머는 그 사이에, 특정 작동 모드에서는 높은 토크를 공구에 전달하는 것을 허용한다. 그 동안 상기 드릴링 해머의 실제 사용 분야는 30 mm의 드릴 비트 직경까지 확대되었다. 또한 특히 보어 홀 내부에 끼여 있는 공구를 공작물로부터 제거하는 경우에는, 이용자에 의해 자동으로 로킹되는 손 공구 기계에 의해서 높은 토크가 공구에 제공된다. 드릴 비트 직경이 17 mm를 초과하면 손상을 일으킬 가능성이 증가하는데, 구체적으로는 로킹용 홈 영역에 있는 드릴 생크를 파괴시키고, 공구 수용부 내부에서 파괴를 야기한다. 이와 같은 파괴들은, 절단된 단부가 드릴링 해머 내부에 남아 있고 상기 드릴링 해머의 전방부를 해체함으로써만 공구 수용부로부터 제거될 수 있는 경우에는 더욱더 심각해진다. 심지어 보다 큰 드릴 비트 직경을 갖는 드릴 비트를 사용할 때 파괴가 나타나지 않는 경우라도, 공구 수용부의 상당히 큰 마모를 야기하는 드릴 생크의 가소성 변형이 나타나며, 이와 같은 이유 때문에 상기 공구들을 공구 수용부로부터 제거하는 것은 종종 매우 어려울 수 있다.
DE 3716915 A1호에 따라 마찬가지로 실질적으로 표준화된 드릴 생크 및 공구 수용부는 18 mm의 가이드 직경을 가지며, 이 경우에는 동일한 형태를 갖고 직경상으로 마주 놓인 정확하게 2개의 로킹용 홈이 존재하고, 상기 홈 사이의 단면 절반에는 정확하게 하나의 회전 종동 홈이 배치되어 있고, 다른 단면 절반에는 정확하게 2개의 회전 종동 홈이 대칭으로 배치되어 있다. 상기 드릴 생크는 출력이 보다 우수하고 크기가 큰 드릴링 해머용으로 그리고 보다 높은 토크를 전달할 목적으로 설계되었으며, 이 경우 출력 등급 및 토크가 보다 높은 경우에는 전술한 단락들에서 언급된 문제들이 마찬가지로 당연히 나타난다. 하지만 18 mm의 가이드 직경과, 14 mm 이하보다 훨씬 더 작은 드릴 비트 직경을 갖는 공구들은 충격 펄스를 제대로 전달하지 못한다. 또한 상기와 같이 비례하지 않는 공구들은 제조상으로도 비경제적이다.
상기와 같은 경우에 나타나는 부하들은 하기와 같은 요약된다: 한편으로는 드릴링 해머의 충격 에너지에 의한 드릴 생크의 부하가 나타나고, 다른 한편으로는 커팅 에지(cutting edge)에서 나타나는 토크에 의해 결정되고 공구 수용부의 회전 쐐기로부터 출발하며 드릴 생크의 회전 종동 홈에 전달되는 토션 부하가 발생된다. 상기 토크 부하는 예를 들어 커팅 에지에 쐐기를 박아 조이기 위해서 보강 보오링이 이루어지는 경우에 특히 높다. 보강시 쐐기를 박아 조이는 경우, 예를 들어 드릴링 해머를 뒤로 잡아당기려 할 때에는 또한, 로킹용 바디에 의해 로킹용 홈의 축방향 로킹 단부 상에 작용하는 부하가 상기 로킹용 홈의 위태롭게 된 후방 횡단면 상에서 추가 부하로서 나타난다. 오랜 기간 동안의 경험을 통해 나타난 사실은, 상기와 같은 조합된 다축(multiaxis) 부하에 의해 특히 축방향 로킹 단부 영역에 배치된 횡단면이 위태롭게 된다는 것이다. 이와 같은 위험의 파괴 공학적인 원인은 추측컨대 축방향 로킹 단부에서 국부적으로 발생되는 다축 응력 상태에 있고, 상기 응력 상태는 가로 수축을 통해 국부적인 보강을 야기하며, 상기 가로 수축은 바람직한 균열 개시의 원인이 되고, 그에 따라 교번 응력을 받은 드릴 생크의 피로 강도를 제한한다.
DE 4338818호에 따라, 마찬가지로 가이드 직경이 작은 드릴 생크에 적합한 공구 수용부에 수용할 목적으로 형성되고 가이드 직경이 보다 큰 드릴 생크는 특별히 깊은 회전 종동 홈 및 로킹용 홈을 포함한다. 상기 축방향 영역에서 극도로 약화된 횡단면은 전술한 바와 같이 충격 펄스 전달을 악화시키고, 파괴 강도가 작다.
본 발명의 목적은, 높은 토크를 손상없이 전달할 수 있을 뿐만 아니라 최적의 충격 펄스 전달용으로 설계된 드릴 생크를 구현하는 것이다.
상기 목적은 실제로 청구항 1의 특징에 의해서 달성된다. 바람직한 개선예들은 종속항에서 기술된다.
적어도 부분적으로 하나의 축을 따라 회전하면서 및/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구의 드릴 생크는 적어도 2개의 회전 종동 홈을 포함하며, 상기 공구는 상기 축을 따라 최대 가이드 직경 안에서 연장되고, 축방향 로킹 단부에서 자유 정면 단부 쪽으로 축방향으로 폐쇄된 로킹용 홈 및 적어도 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면을 가진 홈 폭을 갖는 회전 종동 홈을 포함하며, 상기 2개의 회전 종동 홈은 길이가 가이드 직경의 적어도 3배에 달할 때에는 축방향 로킹 단부 앞에서 공구측에 지지되고, 콘택 길이가 가이드 직경의 적어도 1.5배에 달할 때에는 가이드 직경의 1/5보다 넓게, 바람직하게는 1/4보다 넓게 형성된다.
적어도 실제 콘택 길이에서 축방향 로킹 단부 앞의 공구측에 지지된 회전 종동 홈에 의해, 토크의 적어도 중요한 부분은 단지 공구측에서만 축방향 로킹 단부에 의해서 형성된다. 따라서 축방향 로킹 단부에서 다축 응력 상태의 파괴 공학적으로 임계적인 축방향 영역은 필연적으로 보다 적은 부하에 노출되고, 그럼으로써 피로 강도 한계가 주어진 경우에는 보다 높은 토크가 형성될 수 있다. 특히 그에 의해서는 가이드 직경이 보다 적을 때에도 보다 높은 토크가 손상없이 형성될 수 있고, 그럼으로써 드릴 비트 직경이 작을 때에도 충격 펄스 특성이 개선된다.
바람직하게 가이드 직경을 갖는 공구측 가이드 단부와 적어도 2개의 회전 종동 홈의 공구측 홈 단부까지 사이의 축방향 가이드 길이는 상기 가이드 직경의 1.5배보다 작으며, 그럼으로써 드릴 생크의 공구측 단부 가까이까지 토크가 형성될 수 있다.
바람직하게는 홈 단부가 공구측 로킹 단부로부터 적어도 가이드 직경의 1.5배만큼 축을 따라 공구측으로 변위됨으로써, 상기 축방향 영역에서는 횡단면이 로킹 홈에 의해서 약화되지 않으며, 그에 따라 토션 강도는 증가되고, 더 높은 토크가 마모 없이 형성될 수 있다.
바람직하게 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면은 적어도 콘택 길이에 걸쳐서는 축에 대해 평행하게 뿐만 아니라 수직으로도 진행하며, 그럼으로써 상기 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면의 표면 법선은 정확하게 접선 방향으로 방향 설정되고, 따라서 토크 형성시에는 마모를 조장하는 전단력이 전혀 유도되지 않는다.
바람직하게 각각의 회전 종동 홈의 방사형 홈 깊이는 적어도 콘택 길이에 걸쳐서는 상기 홈 폭의 0.5배 내지 1.0배에 달하며, 따라서 회전 종동 홈에 결합되는 공구 수용부의 회전 종동 바아의 휨 강도가 충분한 경우에는 횡단면이 심하게 약화되지 않으면서 높은 토크가 형성될 수 있다.
바람직하게는, 매우 바람직하게 미러 대칭으로 배치된 적어도 3개의 회전 종동 홈이 존재함으로써 보다 높은 토크가 형성될 수 있다.
바람직하게는 직경상으로 변위된 2개의 로킹용 홈이 존재함으로써, 드릴 생크는 인체 공학적으로 유리하게 180°만큼 변위된 2가지 방향으로 공구 수용부 내부로 삽입될 수 있다.
바람직하게는 로킹용 홈이 공구측에서 회전 종동 홈으로 변형됨으로써, 횡단면은 덜 약화된다.
대안적으로는 회전 종동 홈이 바람직하게 로킹용 홈으로부터 공구측에서 축방향으로 이격됨으로써, 기능 영역들은 상호 분리되고, 그에 따라 기술적으로도 제작이 간단해질 수 있다.
바람직하게는 회전 종동 홈이 로킹용 홈으로부터, 더욱 바람직하게는 대칭으로 둘레에서 변위됨으로써, 관련 공구 수용부 내에서는 회전 종동 부재 및 로킹 부재를 위한 더 많은 빈 공간이 형성된다.
바람직하게는 회전 종동 홈이 기계측에서 개방됨으로써, 회전 종동 부재는 드릴 생크의 정면 단부로부터 회전 종동 홈 내부로 삽입될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 자세히 설명된다.
도 1a, 1b에 따라, 축(A)을 따라 회전하면서 및 충격을 가하면서 구동되고 최대 가이드 직경(D)으로 축(A)을 따라 연장되는 공구(2)의 드릴 생크(1)는, 동일한 형태를 갖고 직경상으로 배치되었으며 축방향 로킹 단부(3)에서 자유 정면 단부(4) 쪽으로 축을 따라 폐쇄된 로킹용 홈(5) 및 상기 축(A)에 대해 평행하게 뿐만 아니라 수직으로도 진행하고 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면(7)을 갖는 회전 종동 홈(6)을 정확하게 2개씩 포함한다. 가이드 직경(D)을 갖는 공구측 가이드 단부(12)와 2개 회전 종동 홈(6)의 공구측 홈 단부(13)까지 사이에서는, 상기 가이드 직경(D)의 절반의 축방향 가이드 길이(F)가 형성된다. 홈 단부(13)는 공구측 로킹 단부(14)로부터 가이드 직경(D)의 2배 이상만큼 축방향으로 공구측에서 변위된다. 가이드 직경(D)의 2배의 콘택 길이(K)에 걸쳐서는, 상기 가이드 직경(D)의 1/3의 일정한 홈 폭(B)을 갖는 2개의 회전 종동 홈(6)이 형성되어 가이드 직경(D)의 3배보다 긴 길이(L)까지 축방향 로킹 단부(3) 앞에서 공구측에 지지된다. 로킹용 홈(5)은 각각 공구측에서 회전 종동 홈(6)으로 변형되며, 이 경우 전체 콘택 길이(K)에 걸친 2개 회전 종동 홈(6)의 방사형 홈 깊이(T)는 상기 홈 폭(B)의 절반이다.
도 2에 따라, 가이드 직경(D)의 1/3에 해당하는 홈 폭(B)을 갖는 회전 종동 홈(6)은 직경상으로 마주 놓인 2개 로킹용 홈(5)으로부터 공구측에서 축방향으로 이격되고, 90°만큼 둘레에서 변위되며, 이 경우 가이드 길이(F)는 가이드 직경(D)의 절반이고, 콘택 길이(K)는 가이드 직경(D)의 2배이며, 길이(L)는 가이드 직경(D)의 3.5배이다.
도 3a, 3b에 따라, 미러 대칭 드릴 생크(1)는 방사형 내부로 돌출하여 공구측에서 앞에 지지된 3개의 회전 종동 바아(9)의 형태로 된 회전 종동 부재 및 방사형으로 변위 가능하고 로킹용 볼(10)의 형태로 된 로킹 부재를 구비한 관련 공구 수용부(8) 내부로 삽입된다. 이 목적을 위해, 가이드 직경(D)의 1/5보다 넓은 일정한 홈 폭(B)을 갖는 회전 종동 홈(6)은 기계측에서 자유 정면 단부(4) 쪽으로 개방되어 있다. 미러 대칭으로 배치된 3개의 회전 종동 홈(6)은 직경상으로 마주 놓인 2개의 로킹용 홈(5)으로부터 대칭으로 둘레에서 변위된다. 가이드면(F)은 가이드 직경(D)의 1배이며, 콘택 길이(K)는 가이드 직경(D)의 4배이고, 길이(L)는 가이드 직경(D)의 3.5배이며, 이 경우 홈 단부(13)는 공구측 로킹 단부(14)로부터 가이드 직경(D)의 2배만큼 축방향으로 공구측에서 변위된다.
본 발명에 의해서는, 높은 토크를 손상없이 전달할 수 있을 뿐만 아니라 최적의 충격 펄스 전달용으로 설계된 드릴 생크를 구현할 수 있게 되었다.
도 1a는 드릴 생크을 나타내는 도면.
도 1b는 드릴 생크의 확대 횡단면도.
도 2는 드릴 생크의 변형예를 나타내는 도면.
도 3a는 드릴 생크의 변형예를 나타내는 도면.
도 3b는 드릴 생크의 확대 횡단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 드릴 생크 2: 공구
3: 축방향 로킹 단부 4: 정면 단부
5: 로킹용 홈 6: 회전 종동 홈
7: 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면
8: 공구 수용부 9: 회전 종동 바아
10: 로킹용 볼 12: 가이드 단부
13: 홈 단부 14: 로킹 단부
A: 축 B: 홈 폭
D: 가이드 직경 K: 콘택 길이
L: 길이

Claims (11)

  1. 축(A)을 따라 회전하면서 및/또는 충격을 가하면서 구동되고 최대 가이드 직경(D) 안에서 축(A)을 따라 연장되는 공구(2)의 드릴 생크로서,
    축방향 로킹 단부(3)에서 자유 정면 단부(4) 쪽으로 축을 따라 폐쇄된 적어도 하나의 로킹용 홈(5), 및 적어도 하나의 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면(7)을 구비하고 홈 폭(B)을 갖는 회전 종동 홈(6)을 포함하는 드릴 생크에 있어서,
    길이가(L)가 가이드 직경(D)의 적어도 3배인 경우에는, 적어도 2개의 회전 종동 홈(6)이 축방향 로킹 단부(3) 앞에서 공구측에서 지지되어 가이드 직경(D)의 적어도 1.5배인 콘택 길이(K)에 걸쳐서는 상기 가이드 직경(D)의 1/5보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가이드 직경(D)을 갖는 공구측 가이드 단부(12)와 적어도 2개의 회전 종동 홈(6)의 공구측 홈 단부(13)까지 사이에서는 축방향 가이드 길이(F)가 상기 가이드 직경(D)의 1.5배보다 작은 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홈 단부(13)가 공구측 로킹 단부(14)로부터 적어도 가이드 직경(D)의 1.5배만큼 축방향으로 공구측에서 변위되는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접선을 따라 작용하는 파워 콘택면(7)이 적어도 콘택 길이(K)에 걸쳐서는 축(A)에 대해 평행하게 뿐만 아니라 수직으로도 진행하는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 회전 종동 홈(6)의 방사형 홈 깊이(T)가 적어도 콘택 길이(K)에 걸쳐서는 상기 홈 폭(B)의 0.5 내지 1.0배인 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택적으로 미러 대칭으로 배치된 적어도 3개의 회전 종동 홈(6)이 존재하는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직경상으로 변위된 2개의 로킹용 홈(5)이 존재하는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로킹용 홈(5)이 공구측에서는 회전 종동 홈(6)으로 변형되는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 종동 홈(6)이 로킹용 홈(5)으로부터 공구측에서 축방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 종동 홈(6)이 로킹용 홈(5)으로부터 둘레에서 변위되고, 선택적으로는 대칭으로 둘레에서 변위되는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 종동 홈(6)이 기계측에서는 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
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