JP4046851B2 - 削岩ドリル - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、ドリル屑を排出するための少なくとも１本の排出溝が長手方向に沿ってヘリカルに配置されたドリルシャフトと、該ドリルシャフトの端部に結合された硬質金属製のドリルヘッドとを具え、該ドリルヘッドが、それぞれドリルヘッドの直径線に沿って配置された主カッターおよび少なくとも１個の補助カッター）を含む削岩ドリルに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
削岩ドリルは、コンクリート製の基盤又は壁にドリル孔又は開口部を形成するために、軸線方向衝撃力を作用させる回転ドリル装置と組合わせて使用される。削岩ドリルは硬い岩石におけるドリル作業や高速回転に際して早期に損耗する。したがって、削岩ドリルには硬質金属を被着するのが普通である。その硬質金属としては、焼結又は溶射した炭化物、ケイ化物、ホウ化物又はそれらの合金が使用されている。
【０００３】
上記構成の削岩ドリルは、例えば欧州特許出願公開第０６５４５８０号公報又はこれに対応する特開平７−１８０４６３号公報に開示されている。この既知の削岩ドリルは、全体が硬質金属製とされ、溶着又は溶接等によってドリルシャフトと結合されたドリルヘッドを具えている。ドリルヘッドはほぼ矩形断面に形成され、各対角線上にカッターが配置されている。これらのカッターは岩石の切削に供すると共に、削岩ドリルをドリル孔内で側方からガイドする。カッターは、第1の対角線上に延在する主カッターと、第１の対角線と交差する第２の対角線と平行に配置された２個の補助カッターとから構成されている。補助カッターは、主カッターに対して軸線方向に後退した位置に配置されている。主カッターおよび補助カッターは、削岩ドリルの回転に際して同一の包絡線を画成するように配置される。屋根状に形成された主カッターは、削岩ドリルのセンタリング機能を発揮する。更に、主カッターは主たる材料切削を達成するものであり、補助カッターの前方で加工すべき岩石と噛み合う。主カッターによって削られたドリル屑はドリルヘッドの外周領域に放出され、そこに配置された補助カッターによって更に細かく破砕される。この既知の削岩ドリルは、優れたドリル効率、長期の耐用寿命、良好なドリル屑排出特性等を発現する。しかしながら、ドリル効率を更に向上することが望まれる。特に、カッターを固有の負荷に関して最適化しうるための条件を整える必要がある。主カッターの周辺領域又は補助カッターには主として剪断力が作用するが、主カッターの中心部分には回転衝撃ドリル装置による軸線方向の衝撃力も負荷され、特に、ドリル作業中に回転衝撃ドリル装置の全衝撃エネルギーは主カッターの中心部分によって吸収されることに留意しなければならない。
【０００４】
【発明の課題】
本発明の課題は、前述した構成を有する削岩ドリルにおいて、ドリル作業中に生ずるカッターの各部における負荷に対して容易に最適化できるように改良し、併せて、ドリル工具の性能を向上させると共にドリル屑の良好な排出を保障することにある。
【０００５】
【課題の解決手段】
この課題を解決するため、本発明は、ドリル屑を排出するための少なくとも１本の排出溝が長手方向に沿ってヘリカルに配置されたドリルシャフトと、該ドリルシャフトの端部に結合された硬質金属製のドリルヘッドとを具え、該ドリルヘッドが、それぞれドリルヘッドの直径線に沿って配置された主カッターおよび少なくとも１個の補助カッターを含む削岩ドリルにおいて、補助カッターを、主カッターの周辺領域から軸線方向前方に突出させると共に、主カッターの周辺領域から半径方向外方にも突出させて配置したことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明によれば、少なくとも１個の補助カッターが主カッターの周辺領域から軸線方向前方に突出すると共に、主カッターの周辺領域から半径方向外方にも突出する配置とされているため、補助カッターが主たる材料切削を分担する。本発明において、少なくとも１個の補助カッターは、ドリル作業時に最大の剪断負荷を受ける。少なくとも１個の補助カッターに対して軸線方向に後退させた主カッターの周辺領域は、もっぱらセンタリング機能だけを発揮する。その結果、主カッターは更に最適化され、例えばセンタリング機能が大幅に改善される。削岩ドリルの耐用寿命の間に補助カッターがある程度まで摩耗しても、主カッターのセンタリング機能は保全される。補助カッターは、半径方向に延在するドリルヘッドの直径線の一部のみに亙って延在するため、剪断負荷を所定の限度内に抑制することが可能である。軸線方向に及ぼされる衝撃エネルギは、センタリング端部として作用する主カッターだけを介して、又は補助カッターを更に介して基盤に伝達される。既知の削岩ドリルと対比して、基盤に対する衝撃エネルギーの伝達効率が高まり、切削すべき材料に及ぼす圧力を増加させることが可能である。主カッターと、その周辺領域に対して軸線方向前方に突出する補助カッターとの間の移行領域では、基盤に対するドリル作業時に追加的な剪断力が生じることによってドリル作業が行われる。
【０００７】
さらに、本発明によれば、補助カッターを主カッターの周辺領域から半径方向外方にも突出させた構成により、主カッターの周辺領域がドリル孔内壁の材料切削には関与せず、削岩ドリルのガイド機能のみを発揮する。
【０００８】
本発明を実施するにあたっては、削岩ドリルの対称性を考慮し、ドリルヘッドの直径線に沿って２個の補助カッターを配置するのが有利である。補助カッターに対応する直径線は、主カッターに対応する直径線に対して９０°未満の角度で交差させ、その交差角度は約１０°〜５０°とするのが好適である。２個の補助カッターを配置することにより、ドリル孔内におけるドリル工具の同期作動特性が改善される。本発明による補助カッターおよび主カッターの配置に基づく利点は、ドリル屑を排出するための排出溝の断面積をドリルヘッド内で拡大できることである。ドリルヘッドの対向する長手方向側面に断面積の大きな排出溝を配置することにより、硬質金属の使用量も節約することができる。上述の構成を有するドリルヘッドは、軸線方向から見てほぼＸ字形状の外周輪郭を呈するものである。
【０００９】
良好なセンタリング機能を発現させるため、主カッターには屋根状に延在する中心領域を設けるのが有利である。主カッターの中心領域を補助カッターから軸線方向前方に突出させると共にその半径方向寸法をドリルヘッドの最大径の約１／３以下とするのが好適である。このような構成として主カッターの中心領域は、回転衝撃ドリル工具による軸線方向衝撃力の伝達に関して最適化されている。屋根状輪郭と上記範囲内で選択された半径方向寸法とにより、基盤中への挿入時に中心領域は剪断力が比較的小さな表面積のみに作用する。その結果、主カッターおよびドリルヘッドの耐用寿命が改善されるものである。
【００１０】
補助カッターの半径方向寸法は、ドリルヘッドの最大径の約２／３以上とするのが有利である。この場合、良好な切削性能が確保されると共に、ドリル作業中に補助カッターに作用する剪断力を抑制することができる。
【００１１】
削岩ドリルの作動中に最適な合力ベクトルを達成するため、ドリルシャフトの中心軸線に対して約９０°の角度で延在する切削エッジを補助カッターに設けるのが有利である。この場合、補助カッターの切削エッジは特に良好な切削作用を発現する。
【００１２】
削岩ドリルの作動中には、補助カッターは回転方向で主カッターの周辺領域に対して先行させることができる。ドリル作業を促進するために、補助カッターは主カッターに先行する配置とするのが有利である。その際、ドリル屑を排出するための主排出溝を補助カッターに対応させて配置することにより、特に良好な排出特性が達成される。
【００１３】
ドリル屑の排出特性を向上するため、主カッターの周辺領域とドリルヘッドの側壁内における補助カッターとの間で、ほぼ軸線方向に延在する溝を配置し、その溝をドリル屑のための排出溝に接続するのが好適である。
【００１４】
主カッターにおける中心領域の両側に位置する半径方向部分を、ドリルシャフトの中心軸線に対して約９０°の角度で配置する場合には、主カッターによる削岩ドリルのガイド機能を更に改善することが可能である。この配置を選択する場合、軸線方向前方に突出する主カッターの中心領域はドリルのセンタリング機能を発揮し、主カッターの周辺領域は材料切削に関与しない。
【００１５】
シャフト軸線に対して平行に延在する端面の曲率をドリルシャフトの曲率に適合させる場合には、主カッターの周辺領域のガイド機能が更に向上する。主カッターにおいてシャフト外周から突出する周辺領域がドリル孔内壁と接触する際に、周辺領域の端面がドリル孔内壁に沿ってもっぱら摺動し、材料切削には実質的に関与しない。そのために、ドリル孔内におけるドリル工具の摩擦抵抗が低減する。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
【００１７】
図１に示した削岩ドリル１はドリルシャフト２を具える。ドリルシャフト２は、ドリル作業時に発生するドリル屑を排出するための排出溝３を有する。排出溝３はドリルシャフト２の外周面内で長手方向に沿ってつる巻き状、すなわちヘリカルに配置される。ドリルシャフト２の後端部は、回転衝撃ドリル装置（図示せず）の工具ホルダと係合させるための差し込み端部４として形成されている。そのドリル装置は、例えば、本出願人の製造販売に係る高性能ハンマードリル装置とすることができる。ドリルシャフト２は、全体が硬質金属から形成されたドリルヘッド５を前端部に具える。本実施形態において、硬質金属は、焼結又は溶射した炭化物、ケイ化物、ホウ化物又はそれらの合金とすることができる。ドリルヘッド５は、例えば溶着又は溶接によってドリルシャフト２に結合することができる。
【００１８】
ドリルヘッド５は主カッター６と２個の補助カッター７，８とを具え、これらのカッターはドリルヘッド５の直径線Ｄ１，Ｄ２上に配置される。カッター６，７，８に対応する直径線Ｄ１，Ｄ２は、互いに９０°未満の角度αで交差させる。その交差角度αは約１０°〜５０°とするのが有利である。図１及び図２に示すように、主カッター６には屋根状に成形された中心領域９と、その両側に位置する周辺領域１０，１１とを設ける。主カッター６の中心領域９は補助カッター７，８から軸線方向前方に突出させ、ドリル作業中にセンタリング端部として機能させる。ドリルヘッド５の直径線Ｄ１と平行に測った中心領域９の半径方向寸法ｌは、ドリルヘッド５の最大径の１／３以下とする。
【００１９】
補助カッター７，８は、ドリルヘッドの直径の一部のみに亙って延在させ、その半径方向長さｓはドリルヘッド５の最大直径の２／３以上とする。補助カッター７，８は、主カッター６の周辺領域１０，１１から少なくとも軸線方向前方に突出させる。補助カッター７，８は、図３に示すように、半径方向でも主カッター６の周辺領域１０，１１から突出させるのが有利である。補助カッター７，８に、それぞれ半径方向に延在する切削エッジ１２，１３を設ける。これらの切削エッジ１２，１３は、ドリルシャフト２の軸線に対して約９０°の角度をなす配置とする。補助カッター７，８と主カッター６の周辺領域１０，１１との間に、ほぼ軸線方向に延在する溝１４，１５を設ける。溝１４，１５はドリルシャフト２にヘリカルに配置したドリル屑排出用の溝３に接続してドリル屑を排出可能とする。ドリルヘッド５の長手方向側面に断面形状が凹状またはＶ字状の空隙１６，１７を形成し、これらの空隙１６，１７を排出溝３に接続する。空隙１６，１７はドリル屑を排出するための主排出溝として機能させる。
【００２０】
ドリル作業中には、補助カッター７，８が主カッター６の周辺領域１０，１１に先行して基盤材料と係合して主たる材料切削を分担する。その際、凹状又はＶ字状の主排出溝１６，１７は補助カッター７，８にそれぞれに対応してドリル屑の排出を行う。主カッター６の周辺領域１０，１１により、削岩ドリル１をドリル孔内で側方からガイドする。そのカイド特性を向上させると共にドリル孔内での摩擦抵抗を低減するため、周辺領域１０，１１の軸線方向における端面１８，１９を湾曲させて形成し、その曲率はドリルシャフト２の曲率にほぼ一致させる。
【００２１】
図４は、本発明による削岩ドリルのドリルヘッド５０に係る他の実施形態を示している。この実施形態は、図１〜３に示したドリルヘッド５に殆ど一致している。相違点は、周辺領域５１，５２をドリルシャフトの中心軸線に対して約９０°の角度で配置して、主カッター６０の周辺領域５１，５２におけるガイド機能を更に改善したことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による削岩ドリルの好適な実施形態を示す側面図である。
【図２】図２は、図１に示したドリルヘッドの斜視図である。
【図３】図３は、図１に示したドリルヘッドの平面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態による削岩ドリルにおけるドリルヘッドを示す側面図である。
【符号の説明】
１ 削岩ドリル
２ ドリルシャフト
３ 排出溝
４ 差し込み端部
５ ドリルヘッド
６ 主カッター
７，８ 補助カッター
９ 中心領域
１０，１１ 周辺領域
１２，１３ カッターエッジ
１４，１５ 溝
１６，１７ 空隙
１８，１９ 軸線方向の端面

Claims (9)

1. ドリル屑を排出するための少なくとも１本の排出溝（３）が長手方向に沿ってヘリカルに配置されたドリルシャフト（２）と、該ドリルシャフト（２）の端部に結合された硬質金属製のドリルヘッド（５；５０）とを具え、該ドリルヘッド（５；５０）が、それぞれドリルヘッドの直径線（Ｄ１，Ｄ２）に沿って配置された主カッター（６；６０）および少なくとも１個の補助カッター（７，８）を含む削岩ドリルにおいて、補助カッター（７，８）を、主カッター（６；６０）の周辺領域（１０，１１；５１，５２）から軸線方向前方に突出させると共に、主カッター（６；６０）の周辺領域（１０，１１；５１，５２）から半径方向外方にも突出させて配置したことを特徴とする削岩ドリル。
2. 請求項１に記載の削岩ドリルにおいて、２個の補助カッター（７，８）をドリルヘッドの直径線（Ｄ２）に沿って配置し、該直径線（Ｄ２）は主カッター（６；６０）に対応する直径線（Ｄ１）に対して９０°未満の角度（α）で交差させることを特徴とする削岩ドリル。
3. 請求項１又は２に記載の削岩ドリルにおいて、補助カッター（７，８）から軸線方向前方に突出する屋根状の中心領域（９）を主カッター（６；６０）に設け、該中心領域（９）の半径方向寸法（ｌ）をドリルヘッド（５；５０）の最大径の１／３以下としたことを特徴とする削岩ドリル。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の削岩ドリルにおいて、補助カッター（７，８）の半径方向寸法（ｓ）をドリルヘッド（５；５０）の最大径の２／３以上としたことを特徴とする削岩ドリル。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の削岩ドリルにおいて、ドリルシャフト（２）の中心軸線に対して約９０°の角度で半径方向に延在する切削エッジ（１２，１３）を補助カッター（７，８）に設けたことを特徴とする削岩ドリル。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の削岩ドリルにおいて、補助カッター（７，８）をドリルの作動回転方向（Ｒ）に関して主カッター（６；６０）の周辺領域に先行する配置とし、補助カッター（７，８）にそれぞれドリル屑を排出するための主排出溝（１６，１７）を対応させて配置したことを特徴とする削岩ドリル。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の削岩ドリルにおいて、主カッター（６；６０）と補助カッター（７，８）との間で、ほぼ軸線方向に延在する溝（１４，１５）をドリルヘッド（５；５０）の側壁に設け、該溝はドリルシャフト（２）にヘリカルに配置した前記排出溝（３）に接続することを特徴とする削岩ドリル。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の削岩ドリルにおいて、主カッター（６０）の中心領域（９）の両側に位置する周辺領域（５１，５２）を、ドリルシャフト（２）の中心軸線に対して約９０°の角度をなす配置としたことを特徴とする削岩ドリル。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の削岩ドリルにおいて、主カッター（６；６０）の周辺領域（１０，１１；５１，５２）でドリルシャフト（２）の中心軸線に対して平行に延在する端面（１８，１９）に、ドリルシャフト（２）の曲率に対応する曲率を持たせたことを特徴とする削岩ドリル。

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