KR20060046114A

KR20060046114A - 회전하는 그리고/또는 충격을 가하는 공구용 드릴 생크

Info

Publication number: KR20060046114A
Application number: KR1020050042351A
Authority: KR
Inventors: 베르너 클라이네; 베르너 브리텐
Original assignee: 힐티 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-05-17
Also published as: US20050271487A1; CN100478141C; DK1602452T3; JP2005342886A; EP1602452A3; US7374375B2; DE102004026850A1; CN1704208A; JP4790321B2; PL1602452T3; DE502005002130D1; EP1602452A2; AU2005202343A1; ATE380097T1; ES2294636T3; EP1602452B1

Abstract

본 발명은 축(A)을 따라 최대 가이드 직경(D) 안에서 연장되며, 축방향 로킹 단부(3)에 자유 정면 단부(4)로부터 떨어져서 마주보는 로킹 쇼울더(11)를 구비하는 적어도 2개의 마주 놓인 로킹 홈(5a, 5b), 및 상기 로킹 홈(5a, 5b)에 대해 상호 접선 방향으로 변위되어 자유 정면 단부(4) 쪽으로 개방된 적어도 2개의 회전 종동 홈(6a, 6b)을 포함하며, 상기 회전 종동 홈이 접선 방향으로의 홈 폭(B) 및 콘택 길이(K)에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 접선 방식 파워 콘택면(7)을 구비한, 적어도 부분적으로 축(A)을 따라 회전하면서 그리고/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구(2)의 드릴 생크(1)에 관한 것으로, 상기 2개의 로킹 홈(5a, 5b)과 관련해서는 개별 로킹 쇼울더를 향해 공구측에서 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더(12)가 각각 하나씩 존재하며, 길이(L)가 가이드 직경(D)의 적어도 3배에 달하는 경우에는 상기 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더가 공구측에서 상기 축방향 로킹 단부(3) 앞에 배치된다.

Description

회전하는 그리고/또는 충격을 가하는 공구용 드릴 생크 {DRILL SHANK FOR A ROTATING AND/OR STRIKING TOOL}

도 1a는 도 1b의 드릴 생크의 확대 횡단면이다.

도 2a는 도 2b의 변형예의 확대 횡단면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 드릴 생크 2: 공구

3: 축방향 로킹 단부 4: 자유 정면 단부

5a-5d: 로킹 홈 6a, 6b: 회전 종동 홈

7: 접선 방식 파워 콘택면 12: 단부 쇼울더

A: 축 D: 가이드 직경

K: 콘택 길이 L: 길이

본 발명은 보오링 비트(boring bit), 끌(chisel) 또는 절단 드릴링 비트(cut drilling bit)와 같이 암석, 콘크리트 또는 담벽을 가공하기 위해 적어도 부분적으로 회전하면서 그리고/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구용 드릴 생크(drill shank)에 관한 것이다.

통상적으로 회전하면서 그리고/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구는 회전하는 그리고/또는 충격을 가하는 손 공구 기계를 위해 축을 따라 연장되는 드릴 생크를 포함한다. 다양한 공구 팰릿(pallet)을 자유롭게 선택하여 사용하기 위해, 상기 공구의 드릴 생크와 손 공구 기계의 공구 수용부 사이의 접촉면(interface)은 적어도 특정 출력 등급 안에서는 호환될 수 있어야 한다. 현재 드릴링 해머 시스템에서 전세계적으로 가장 많이 이용되고 있고 실제로 표준화된 드릴 생크 및 관련 공구 수용부는 독일 공개 특허 출원서 제 2551125호 및 독일 공개 특허 출원서 제 3716915호와 관련이 있으며, 상기 드릴 생크 및 관련 공구 수용부는 실린더 재킷 (cylinder jacket) 형상의 공구측 가이드면, 자유 정면 단부쪽으로 축을 따라 폐쇄된 로킹 홈 및 자유 정면 단부쪽으로 축을 따라 개방된 사다리꼴의 회전 종동 홈을 포함하며, 이 경우 관련 공구 수용부의 반경방형으로 변위 가능한 적어도 하나의 로킹 바디는 로킹 홈 내부에 삽입되어 상기 공구 수용부 내에서의 상기 공구의 축방향 운동성을 제한할 수 있다.

독일 공개 특허 출원서 제 2551125호에 따른 실제로 표준화된 드릴 생크 및 공구 수용부는 10 mm의 가이드 직경을 가지며, 이 경우에는 동일한 형상을 갖고 직경방향으로 마주 놓인 로킹 홈 및 회전 종동 홈이 각각 정확하게 2개씩 대칭으로 둘레에 분배되어 있다. 상기 로킹 홈에 비해 약간 더 긴 회전 종동 홈에는 공구측에서 상기 드릴 생크의 공구측 단부까지 연장되는 가이드면이 연결되며, 상기 가이드면은 토크 전달을 위해서는 이용되지 않는다. 상기 드릴 생크는 원래 17 mm까지 의 드릴 비트 직경용으로 설계되었기 때문에, 650 W 미만의 출력을 갖고 크기가 작으며 출력이 보다 약한 드릴링 해머 분야에 할당될 수 있다. 그러나 그동안에는 점차적으로 출력이 보다 강한 손 공구 기계, 특히 드릴링 해머에 의해 특정 모드에서 높은 토크가 공구로 전달될 수 있게 되었다. 그동안 상기 드릴링 해머의 실질적인 사용 범위는 30 mm의 드릴 비트 직경까지 확대되었다. 또한 공구, 특히 드릴 홀 내에 끼워진 공구를 가공품으로부터 제거하는 경우에는, 사용자가 자체적으로 로킹된 손 공구 기계를 이용함으로써 높은 토크가 공구로 제공된다. 17 mm 이상의 드릴 비트 직경은 손상을 야기하는 경우가 많다고 나타났으며, 더 자세하게 말하자면 로킹 홈 영역에서 드릴 생크를 파열시키고 공구 수용부 내부를 파괴시킨다고 나타났다. 파열된 단부가 드릴링 해머 내부에 남겨지면, 이와 같은 손상들은 점점 더 심각해지고, 드릴링 해머의 정면부를 공구 수용부로부터 해체함으로써만 제거될 수 있다. 심지어 더 큰 드릴 비트 직경의 드릴 비트를 사용할 때 파괴가 야기되지 않더라도, 공구 수용부를 비교가 되지 않을 정도로 크게 마모시키는 소성 변형이 드릴 생크에서 나타나며, 그로 인해 상기 공구를 공구 수용부로부터 제거하는 것이 매우 어려운 경우가 많다.

독일 공개 특허 출원서 제 3716915에 따라 마찬가지로 실질적으로 표준화된 드릴 생크 및 공구 수용부는 18 mm의 가이드 직경을 가지며, 이 경우에는 동일한 형상을 갖고 직경방향으로 마주 놓인 정확하게 2개의 로킹 홈이 존재하고, 상기 2개의 로킹 홈 사이의 한 커터 절반에는 정확하게 하나의 회전 종동 홈이 그리고 다른 커터 절반에는 정확하게 2개의 회전 종동 홈이 대칭으로 배치되어 있다. 상기 드릴 생크는 크기가 보다 크고 효율이 보다 우수한 드릴링 해머용으로 그리고 보다 높은 토크를 전달할 목적으로 설계되었으며, 이 경우에도 마찬가지로 보다 높은 출력 등급 및 토크에서는 당연히 앞의 단락에서 언급된 문제점들이 나타난다. 18 mm의 가이드 직경, 그러나 14 mm 미만의 훨씬 더 작은 드릴 비트 직경을 갖는 공구는 충격 펄스 전달 능력이 불량하다. 또한, 상기와 같은 유형의 비균형적인 공구를 제조하는 것도 비경제적이다.

상기와 같은 유형의 드릴 생크에서 나타나는 부하는 아래와 같이 요약된다: 한편으로는 드릴링 해머의 충격 에너지에 의해서 드릴 생크에 부하가 가해지고, 다른 한편으로는 커터에서 나타나는 토크에 의해서 측정된, 공구 수용부의 회전 웨지(rotating wedge)로부터 유래하는 비틀림 부하가 가해지며, 상기 비틀림 부하(torsional load)는 드릴 생크의 회전 종동 홈에 전달된다. 예를 들어 보강 드릴링 과정에서 커터가 쐐기 형상으로 되는 경우에는, 상기 토크 부하가 특별히 높다. 보강 과정에서 쐐기 형상이 만들어지는 경우, 예를 들어 드릴링 해머를 뒤로 잡아당기려고 시도하는 경우에는, 로킹 바디로부터 로킹 홈의 축방향 로킹 단부에 작용하는 또 다른 부하가 상기 로킹 홈의 위험하게 된 후방 횡단면에서 추가 단부로서 발생된다. 오랫동안의 경험을 통해, 상기와 같이 조합된 다축 부하에 의해서는 특히 축방향 로킹 단부의 영역에 배치된 횡단면이 위험하다고 나타났다. 파괴 공학적인 원인은 짐작건대 축방향 로킹 단부에서 국부적으로 나타나는 다축 응력 상태에 있으며, 상기와 같은 응력 상태는 횡방향 수축을 통해 국부적인 보강을 야기하고, 이와 같은 보강은 바람직한 균열 개시자가 되어 교번 응력을 받은 드릴 생크의 피로 강도(fatigue strength)를 제한한다.

US 4655651호에 따르면, 드릴 생크는 실린더 재킷 형상의 공구측 가이드면 및 자유 정면 단부쪽으로 축방향으로 개방된 3개의 피크 홈을 가지며, 상기 피크 홈은 이 홈을 따라 축방향으로 변위된 다수의 로킹 홈을 자유 정면 단부로부터 떨어져서 마주보는 각각 하나의 로킹 쇼울더와 통합적으로 형성한다. 이 경우 각각 정확하게 120°의 레그각으로 형성된 상기 3개의 피크 홈은 3-조오 척(jaw chuck)의 클램핑 조오(clamping jaw)를 위한 리세스로서 이용된다. 상기와 같이 반경에 대해 60°로 비스듬하게 기울어진 레그는 특히 공구 차단부에서 나타나는 것과 같은 높은 토크에는 부적합하다.

본 발명의 목적은, 높은 토크를 손상없이 전달하고 충격 펄스를 최적으로 전달하기 위해 설계된 드릴 생크를 구현하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징에 의해서 달성된다. 바람직한 개선예들은 종속항에서 기술된다.

적어도 부분적으로 축을 따라 회전하면서 그리고/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구의 드릴 생크는 상기 축을 따라 최대 가이드 직경 내에서 신장되고, 하나의 축방향 로킹 단부에 자유 정면 단부로부터 떨어져서 마주보는 로킹 쇼울더가 제공된 적어도 2개의 마주 놓인 로킹 홈을 포함하며, 이 경우 2개의 로킹 홈과 관련해서는 개별 로킹 쇼울더를 향해 공구측에서 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더가 각 각 하나씩 존재한다. 접선 방향의 홈 폭 및 콘택 길이에 걸쳐 있는 적어도 하나의 접선 방식의 파워 콘택면을 갖는, 자유 정면 단부쪽으로 개방된 적어도 2개의 회전 종동 홈은 상기 로킹 홈에 대해서 상호 접선 방식으로 변위되며, 이 경우 길이가 상기 가이드 직경의 적어도 3배에 달하는 경우에는 상기 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더가 공구측에서 상기 축방향 로킹 단부 앞에 배치되어 있다.

단부 쇼울더가 공구측에서 가급적 멀리 로킹 홈 앞에 배치됨으로써, 상기 단부 쇼울더의 횡단면 변동은 드릴 생크의 공구측 단부 가까이에서 비로소 이루어지고, 그에 따라 적어도 가이드 직경보다 작거나 같은 샤프트 직경을 갖는 공구의 경우에는 음향 임피던스를 변동시켜 충격 펄스의 전달을 방해하는, 가이드 직경의 적어도 e배 길이의 반사 영역이 회피되며, 이 경우 e는 자연 대수(natural logarithm)의 기초이다. 특히 상기 구성에 의해서는 가이드 직경이 보다 작은 경우에도 보다 높은 토크가 손상없이 인가될 수 있음으로써, 드릴 비트 직경이 작은 경우에도 충격 펄스 특성은 개선된다.

바람직하게는 단부 쇼울더가 회전 종동 홈의 공구측 홈 단부로부터 적어도 가이드 직경의 1.5배만큼 축방향으로 공구측에서 변위되어 있음으로써, 이와 같은 횡단면 변동은 접선 방식으로 부하를 받는 회전 종동 홈의 공구측 홈 단부에 대해서 충분히 넓게 축방향으로 이격되어 있으며, 그 결과 부하 적용 영역의 공구측 단부에서는 다축의 응력 상태가 회피된다.

바람직하게는 가이드 직경을 갖는 공구측 가이드 단부와 2개 로킹 홈의 단부 쇼울더까지 사이의 축방향 가이드 길이가 상기 가이드 직경의 1.5배 미만임으로써, 충격 펄스 전달 특성이 우수한 경우에는 공구측 밀봉부에 대해서 충분히 긴 가이드 길이가 구현된다.

바람직하게 적어도 콘택 길이에 걸쳐서는 접선 방식의 파워 콘택면이 축에 대해서 평행하게 뿐만 아니라 수직으로도 진행함으로써, 상기 접선 방식 파워 콘택면의 표면 법선은 정확하게 접선 방향으로 방향 설정되고, 그럼으로써 토크의 인가시에도 마모를 촉진시키는 전단력이 전혀 유도되지 않는다.

바람직하게 적어도 콘택 길이에 걸쳐서는 각각의 회전 종동 홈의 반경방향 홈 깊이가 홈 폭의 0.5 내지 1.0배임으로써, 상기 회전 종동 홈 내부로 삽입되는 공구 수용부의 회전 종동 바아의 휨 강도(flexural strength)가 충분한 경우에는 횡단면을 감소시키지 않으면서 높은 토크가 인가될 수 있다.

바람직하게는, 더욱 바람직하게 거울 대칭으로 배치된 적어도 3개의 회전 종동 홈이 존재함으로써, 보다 높은 토크가 인가될 수 있다.

바람직하게는 상기 2개 로킹 홈의 각각의 로킹 쇼울더를 향해 공구측에서 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더가 각각 하나의 로킹 홈으로부터, 공구측에서는 2개의 로킹 홈으로부터 축방향으로 이격되어 상기 홈으로부터 분리된 추가의 로킹 홈을 형성함으로써, 그 사이에서는 충격 공구 수용부 내에서의 공구의 축방향 운동성을 제한하기 위해서 이용되는 중간 쇼울더가 구현된다.

바람직하게는 로킹 홈 및 추가의 로킹 홈이 동일한 횡단면을 가짐으로써, 횡단면 형상이 동일한 충격 공구 수용부의 로킹 바디는 2개의 로킹 홈 내에서 목적에 상응하게 사용될 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 자세히 설명된다.

도 1a 및 도 1b에 따라, 축(A)을 따라 최대 가이드 직경(D) 내에서 신장되고, 축(A)을 따라 회전하면서 그리고 충격을 가하면서 구동되는 공구(2)의 회전 대칭 드릴 생크(1)는 축방향 로킹 단부(3)에 자유 정면 단부(4)로부터 떨어져서 마주보는 로킹 쇼울더(11)를 구비하여 직경방향으로 배치된 정확하게 2개의 동일한 로킹 홈(5a, 5b)을 각각 포함한다. 접선 방향으로의 홈 폭(B) 그리고 접촉 길이(K)에 걸쳐 연장되어 축(A)에 대해서 평행하게 뿐만 아니라 수직으로도 진행하는 접선 방식의 파워 콘택면(7)을 갖는, 자유 정면 단부(4) 쪽으로 개방된 2개의 회전 종동 홈(6a, 6b)은 상기 로킹 홈에 대해서 상호 접선 방향으로 변위되어있다. 2개의 로킹 홈(5a, 5b)과 관련해서는, 개별 로킹 쇼울더(11)에 대해 공구측에서 축방향으로 돌출하는 단부 쇼울더(12)가 각각 하나씩 존재하며, 이 단부 쇼울더는 길이가 가이드 직경(D)의 3.5 배에 달하는 경우에는 공구측에서 축방향 로킹 단부(3) 앞에 배치되어 있다. 가이드 직경(D)을 갖는 공구측 가이드 단부(13)와 2개 로킹 홈(5a, 5b)의 공구측 단부 쇼울더(12)까지의 사이에서는, 축방향 가이드 길이(F)가 가이드 직경(D)의 절반으로 형성된다. 단부 쇼울더(12)는 회전 종동 홈(6a)의 공구측 홈 단부(14)로부터 가이드 직경(D)의 두 배 보다 크게 축방향으로 공구측에서 변위되어 있다. 가이드 직경(D)의 2배인 콘택 길이(K)에 걸쳐서는, 2개의 회전 종동 홈(6a, 6b)이 가이드 직경(D)의 1/3의 일정한 홈 폭(B)을 가지면서 형성되어 있다. 2개 회전 종동 홈(6a, 6b)의 반경방향 홈 깊이(T)는 전체 콘택 길이(K)에 걸쳐서 상기 홈 폭(B)의 절반에 해당한다.

도 2a 및 도 2b에 따르면, 반경방향 내부로 구부러지면서 공구측에서 앞에 배치된 3개의 회전 종동 바아 형상의 회전 종동 부재(9) 그리고 로킹 볼(10) 및 축방향 볼 롤러(15) 형상의 방경방향으로 변위 가능한 2개의 로킹 수단과 함께 거울 대칭형 드릴 섕크(1)는 관련 충격 공구 수용부(8) 내부에 삽입된다. 이 목적을 위해, 가이드 직경(D)의 1/5만큼 넓은 일정한 홈 폭(B)을 갖는 회전 종동 홈(6a 내지 6c)이 기계측에서 자유 정면 단부(4) 쪽으로 개방된다. 거울 대칭으로 배치된 3개의 회전 종동 홈(6a, 6b, 6c)은 직경방향으로 변위된 2개의 로킹 홈(5a, 5b)에 의해서 대칭으로 광범위하게 변위되어 있다. 상기 2개 로킹 홈(5a, 5b)의 각각의 로킹 쇼울더(11)에 대해 공구측에서 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더(12)는 각각 하나의 로킹 홈으로부터, 공구측에서는 2개의 로킹 홈(5a, 5b)으로부터 축방향으로 이격되어 상기 홈으로부터 분리된, 횡단면이 동일한 추가의 로킹 홈(5c, 5d)을 형성하며, 이 경우 축방향으로 상기 홈들 사이에는 중간 쇼울더(16)가 형성되어 있다.

본 발명에 의해, 높은 토크를 손상없이 전달하고 충격 펄스를 최적으로 전달할 수 있는 드릴 생크가 구현되었다.

Claims

축(A)을 따라 최대 가이드 직경(D) 내에서 신장되며, 축방향 로킹 단부(3)에 자유 정면 단부(4)로부터 떨어져서 마주보는 로킹 쇼울더(11)를 구비하는 적어도 2개의 마주 놓인 로킹 홈(5a, 5b), 및 상기 로킹 홈(5a, 5b)에 대해 상호 접선 방향으로 변위되어 자유 정면 단부(4) 쪽으로 개방된 적어도 2개의 회전 종동 홈(6a, 6b)을 포함하며, 상기 로킹 홈(5a, 5b)이 개별 로킹 쇼울더(11)에 대해 공구측에서 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더(12)를 각각 하나씩 구비하고, 상기 회전 종동 홈이 접선 방향으로의 홈 폭(B) 및 콘택 길이(K)에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 접선 방식 파워 콘택면(7)을 구비한, 적어도 부분적으로 축(A)을 따라 회전하면서 그리고/또는 충격을 가하면서 구동되는 공구(2)의 드릴 생크에 있어서,

길이(L)가 가이드 직경(D)의 적어도 3배에 달하는 경우에는, 상기 단부 쇼울더(12)가 공구측에서 상기 축방향 로킹 단부(3) 앞에 배치되는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 1 항에 있어서, 상기 단부 쇼울더(12)가 상기 회전 종동 홈(6a, 6b)의 공구측 홈 단부(14)로부터 가이드 직경(D)의 적어도 1.5배만큼 축방향으로 공구측에서 변위되어 있는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 가이드 직경(D)을 갖는 공구측 가이드 단부 (13)와 2개 로킹 홈(5a, 5b)의 단부 쇼울더(12)까지 사이의 축방향 가이드 길이(F)가 상기 가이드 직경(D)의 1.5배 미만인 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접선 방식 파워 콘택면(7)이 적어도 콘택 길이(K)에 걸쳐서는 축(A)에 대해 평행할 뿐만 아니라 수직으로도 진행하는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 콘택 길이(K)에 걸쳐서는 각 회전 종동 홈(6a, 6b, 6c)의 반경방향 홈 깊이(T)가 홈 폭(B)의 0.5 내지 1.0배인 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 선택적으로 거울 대칭으로 배치된 적어도 3개의 회전 종동 홈(6a, 6b, 6c)이 존재하는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 로킹 홈(5a, 5b)의 개별 로킹 쇼울더(11)에 대해 공구측에서 축방향으로 돌출된 단부 쇼울더(12)가 각각 하나의 로킹 홈으로부터, 공구측에서는 상기 2개의 로킹 홈(5a, 5b)으로부터 축방향으로 이격되어 상기 홈으로부터 분리된 추가의 로킹 홈(5c, 5d)을 형성하는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.
제 7 항에 있어서, 상기 로킹 홈(5a, 5b) 및 상기 추가의 로킹 홈(5c, 5d)이 동일한 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 드릴 생크.