JP6785977B2

JP6785977B2 - ドリルビット

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Publication number: JP6785977B2
Application number: JP2019540488A
Authority: JP
Inventors: ロメインクレセン; ゲーアハルトメイアー
Original assignee: ティエムティ − タッピングメジャーリングテクノロジーエスエイアールエル
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2036-10-10
Also published as: WO2018068818A1; RU2712994C1; BR112019007179A2; CN110036175A; EP3523496A1; EP3523496B1; US11306541B2; KR102291684B1; KR20190062473A; US20190277094A1; BR112019007179B1; CN110036175B; JP2019534406A

Description

本発明は、孔、特に溶解炉のタップ孔の穿孔用、特に回転打撃穿孔用のドリルビットに関する。ドリルビットは、少なくとも一つの硬質材料インサートを備えるドリルヘッドと、ドリルビットを駆動要素に連結させるベース本体とを有しており、この硬質材料インサートは、ドリルヘッドの軸方向端面に形成された台座部に、硬質材料インサートの少なくとも一つの先端刃部が当該軸方向端面を越えて突出するように、挿入されている。

上述した種類のドリルビットは、ロシア特許登録第２５８１０５９号から知られている。公知のドリルビットは、ドリルヘッドの軸方向端面上に配置された複数の硬質金属インサートを有し、当該硬質金属インサートは、溝状間隙内に収容され、それぞれ軸方向端面を越えて突出する先端刃部を有する。硬質金属インサートは、固定のため、硬質はんだ連結部を介してそれぞれ溝状の台座部内に保持される。

硬質金属インサートとドリルヘッドとの間を十分な耐久性を持つように連結するために、硬質金属インサートとドリルヘッド内に形成された台座部との間を実質的に全面接合することが必要とされる。ドリルヘッドと硬質金属インサートとの間の硬質はんだ連結部の製造には、２つの工程を必要とし、第１の工程において、ドリルヘッドは加熱され、はんだ材料は、複数の硬質金属インサートとの接触面を形成する台座部の表面に塗布される。いったん硬質金属インサートが台座内に挿入されると、複数の硬質金属インサートは、第２の工程で加熱され、ドリルヘッドとの間に所望のはんだ連結部が製造される。

硬質金属インサートとドリルヘッドとの間を溶接連結すれば、硬いはんだ連結部を製造するために、硬いはんだ連結部を介して連結される部品を必要に応じて加熱しなくてもよいのだが、硬質金属インサートは耐熱性が比較的低いため、そのような溶接連結を行うことができない。

特に硬質金属からなる硬質材料インサートは前述したように低い耐熱性を有する。それにもかかわらず、溶接法によって複数の硬質材料インサートとドリルビットのドリルヘッドとの間を連結するために、例えば、国際公開第２０１３／０１２２４４号では、ドリルビットのドリルヘッドと、ドリルヘッドの台座部に挿入された硬質材料インサートとの間で直接的ではなく間接的な溶接連結を可能にすることが提案されている。この溶接連結は、以下のようにして行う。すなわち、複数の硬質材料インサートにスリーブを設け、そのスリーブに台座部に挿入する前の硬質材料インサートをぴったり嵌合するように収容するとともに、スリーブが設けられた硬質材料インサートがいったん挿入されたら、スリーブをドリルヘッドに溶接することにより溶接連結を行う。

この方法は、溶接連結部の使用により、ドリルビットのドリルヘッド内に硬質材料インサートを固定させることができるが、この公知の方法では、追加の部品が必要であり、しかもそれは追加の部品と硬質材料インサートとの間でぴったり嵌合する必要性から、スリーブの形状でなければならない。

本発明の目的は、複数の硬質材料インサートとドリルビットのドリルヘッドとの間に、耐熱性があり、かつ、容易に形成された機械的連結を可能なドリルビットを提供することである。

前記目的を達成するために、本発明によるドリルビットは、請求項１の特徴を有する。

本発明によれば、硬質材料インサートに形成された凹部と対向する位置にある側面部には、材料突出部が設けられている。材料突出部は、少なくとも部分的に溶接材料によって形成され、その溶接材料を介してドリルヘッドに接合され、凹部内に突出することで、硬質材料インサートにぴったり嵌合して連結する。

本発明によるドリルビットは、硬質材料インサートの凹部内に係合する材料突出部によって係合連結する。この係合連結は、相互に対向する側面部との組み合わせにより、硬質材料インサートをドリルヘッドに対する相対位置に確実に固定する。それによって、ドリルヘッドにおける、硬質材料インサート上に形成される先端刃部の規定位置が確保されるため、穿孔中の先端刃部の所望の切削作用を再現することができる。材料突出部は、任意の所与の方法で設計することができる。つまり、具体的には、硬質材料インサートの外形に合わせた形状を有する必要がないことを意味する。代わりに、材料突出部は、硬質材料インサートの凹部内への必要な係合が可能になるように、単に棒状または直方体形状であってもよい。

硬質材料インサートにぴったり嵌合するように係合する材料突出部とドリルヘッドとの連結は、溶接材料を介して接合された連結部として構成される。スリーブの場合とは異なり（この場合、スリーブの形状は、硬質材料インサートを収容するために硬質材料インサートの形状に合わせるだけでなく、ドリルヘッド内の台座部にも形状を合わせる必要がある）、材料突出部は単純な突き合わせ継手を介して台座部の側面に容易に溶接可能である。

熱的及び機械的に耐久性のある連結部を製造するために、硬質材料インサートの凹部内に突出する材料突出部の全体を溶接材料から形成することができることは特に有利である。これは、硬質材料インサートとドリルヘッドとの間の連結部を形成するために溶接材料以外のその他の材料又は部品を必要としないことを意味する。

溶接ヘッドを溶接点へ送る動きの他に、溶接連結部を形成するために溶接ヘッドとドリルヘッドとの間に他の相対的な動きが必要とされないように、材料突出部が溶接点であることが特に有利である。

溶接点が、硬質材料インサート内の凹部に隣接して形成された間隙と、台座部の反対側の側面部内に形成された間隙との両方を少なくとも部分的に埋める場合、特に耐久性のある溶接点による連結部を形成することができる。

好適には、ドリルヘッド内の台座部の長さは、ドリルヘッドの回転軸Ｒに対して実質的に径方向に延び、台座部は、径方向外側端部に開口部を有し、同じ径方向に長さが延びる硬質材料インサートは、回転軸に対して径方向に延びる突出部の分、ドリルヘッドの外周面から突出するように台座部に収容される。

これにより、硬質材料インサートの先端刃部がドリルヘッドの軸方向端面の周縁部を越えて延びるように硬質材料インサートを設計することができる。

とりわけ、先端刃部がこの長さに設計される場合に、硬質材料インサートが、ドリルヘッドの回転軸に対して実質的に平行であって台座部の底部に形成される、底部間隙に係合する保持延長部を備えていれば、特に硬質材料インサートの振動の発生に対処するという、硬質材料インサートのさらなる安定の上で有利である。

硬質材料インサートの径方向突出部が、ドリルヘッドの回転軸に対して実質的に平行に延びる周方向刃先を形成すれば、硬質材料インサートの性能向上を促進するような、とりわけ有効な硬質材料インサートの構成が可能となる。

周方向刃先は、ドリルヘッドの軸方向端面を越えて突出する先端刃部から始まって、台座部の台座底部を越えて延び、周方向刃先の先端脚部が台座部の台座底部の第２の底部空隙内に収容される。ドリルヘッドにおける硬質材料インサートに対する付加的な支持が与えられることとなり、その支持により、硬質材料インサートの振動の発生も抑制される。

各々が台座部内に挿入される複数の硬質材料インサートは、ドリルヘッドの端面の周囲にわたって分散されている。

少なくとも２つの硬質材料インサートの長さが、ドリルヘッドの回転軸Ｒに対して径方向に異なるように延びており、各先端刃部の径方向内側端とドリルヘッドの回転軸Ｒとの距離が異なるならば特に好適である。それによってドリルビットの切削性能をさらに最適化することができる。

ドリルヘッドにおいて所定の径方向に延在する長さを有する硬質材料インサートを有するようにドリルビットを設計する代わりに、ドリルビットを以下のように設計することも可能である。すなわち、台座部は、円筒形の、特にドリル孔であり、硬質材料インサートは保持延長部を有し、保持延長部は台座部と実質的に相補的であって台座部に挿入されるように設計可能である。

硬質材料インサートが、互いに平行に配置されてドリルビットの回転軸Ｒに対して径方向に延びる第１および第２の先端刃部を有する場合、回転方向とは独立したドリルビットの動作が可能となる。

硬質材料インサートに形成された間隙が、凹部を形成する肩部に隣接する平坦部を有し、この平坦部が先端刃部まで延びる場合、材料突出部形成用の溶接材料料を塗布する際に、間隙に特に容易に到達できる。

好適には、平坦部は、先端刃部に対して直角に配置された平面内に配置される。

特に好適な態様では、硬質材料インサートは、平坦部の反対側及び保持延長部の上方にある径方向突出部を有し、当該突出部は、先端刃先の方向に延びて対の側面部を越えて突出する。これにより、先端刃先の長さは、平坦部によって制限されない。

各々が台座部に挿入された複数の硬質材料インサートがドリルヘッドの端面にわたって分散している場合、ドリルヘッドの軸方向端面を有効に使用できる。

第１実施形態に係る、軸方向端面に形成された複数の硬質材料インサートを収容するための台座部を有するドリルビットのベース本体の斜視図である。硬質金属インサートの斜視図である。軸方向端面の複数の台座部に挿入された複数の硬質材料インサートを有するドリルビットの斜視図である。図３に示されるのとは異なる角度から示されたドリルビットを示す。複数の台座部に挿入され、材料突出部によってぴったり嵌合するように固定された複数の硬質材料インサートを示す。第１実施形態に従って構成された、材料突出部を有するベース本体の軸方向端面の台座部に挿入された硬質材料インサートの上面図である。別の実施形態に係る材料突出部の、図６に相当する図である。図７の材料突出部を形成するための連結片を示す。第２実施形態に係るドリルビットを示す。図９のドリルビットの硬質材料インサートが分離された図である。

以下、ドリルビットの好適な実施形態について、図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、図５に示されているようなドリルビット１１を形成するためのドリルヘッド１０を示す。ドリルヘッド１０は、駆動装置の適切な駆動素子（図示せず）に連結されたときに、回転軸Ｒを中心として回転するベース本体１２を有する。

ベース本体１２は、軸方向端面１３を有し、この軸方向端面は、ドリルビット１１を形成するために、例えば炭化タングステンからなる成型体である複数の硬質材料インサート１６を備える複数の台座部１４を備えている。ドリルビット１１を使用してタップ孔を穿孔する場合、硬質材料インサート１６を備えた軸方向端面１３は、回転穿孔加工又は回転打撃穿孔加工を行うために、タップ孔を塞ぐ粘土に押し付けられる。回転軸は、後者の場合、同時に衝撃軸線となる。本件では、各台座部１４の長手方向軸１５は、径方向に配向するとともに、回転軸Ｒに対して垂直方向にそれぞれ配向している。

特に、図２および図３からわかるように、硬質材料インサート１６の成型体１７は、長手方向上端に先端刃部１８を有し、軸方向端部に周方向刃先１９を有する。図５に示すようなドリルビット１１を製造するために、台座部１４の数と一致する数の硬質材料インサート１６は、成型体１７の底面２０に形成された保持延長部２１が、台座部１４の台座底部２３の底部間隙２２内に、回転軸Ｒに対して実質的に平行に延びるように、台座部１４に挿入される。

さらに、成型体１７は、その底面２０に別の突出部を有する。当該突出部は、周方向刃先１９の先端脚部２４によって構成され、台座底部２３の第２の底部間隙２５に係合する。当該第２の底部間隙２５は、台座部１４の径方向外側端部に形成された開口部２６の領域内に配置される。したがって、周方向刃先１９は、ベース本体の外周面２８を越えて突出する径方向突出部を形成する。

特に図１〜図４からわかるように、図５に示されるようなドリルビット１１を製造するには、複数の硬質材料インサート１６が、台座部１４の長手方向の軸１５に対して平行に延びる台座部１４の側面部２９と、それに対向する対の側面部３０との間に収容されるように、当該複数の硬質材料インサート１６をドリルヘッド１０の軸方向端面１３の台座部１４内に挿入する。硬質材料インサート１６の前面３１は、側面部２９に隣接して配置され、硬質材料インサート１６の背面３２は、対の側面部３０に隣接して配置される。

各硬質材料インサート１６の背面３２には、凹部３３に隣接して形成され、対の側面部３０に形成された間隙３４と対向するように配置された間隙４０が設けられている。本件では、この間隙４０および３４は相補的である。すなわち、間隙４０および３４はともに、図６で示されるような材料突出部３５または図７で示されるような材料突出部３６のための受容空間を少なくとも部分的に形成する、ドリル穿孔形状の間隙を少なくとも部分的に形成している。

図４に示された構成（つまり、硬質材料インサート１６が台座部１４に挿入され、間隙４０が台座部１４の対の側面部３０の間隙３４に対向して硬質材料インサート１６に位置する構成）に基づいて、材料突出部３５は以下のように形成される。すなわち、点状の肉盛溶接によって溶接材料３７を間隙３４内に導入して間隙３４における対の側面部３０に溶接するとともに、材料突出部３５が対の側面部３０の間隙３４から硬質材料インサート１６の間隙４０内まで延びるように形成される。これにより、溶接材料３７とベース本体１４との間で接合された連結部が形成される。溶着中に溶接材料から形成される材料突出部３５は、形成されている接合された連結部なしで、硬質材料インサート１６の間隙４０内にぴったり嵌合するように係合する。材料突出部３５を形成する溶接材料３７の寸法によって、材料突出部３５は硬質材料インサート１６に圧力を加えることができる。これにより、硬質材料インサート１６の前面３１が、ベース本体１４内に形成された台座部１４の側面部２９に圧力ばめにより接触するようになり、これにより、正確に規定された硬質材料インサート１６の相対位置決めが可能となる。その結果、等しく正確な輪郭の先端形状を軸方向端面１３上に実現できる。

特に、溶着から生じた硬質材料インサート１６に作用する圧力が、可能な限り均一な表面接触を介して硬質材料インサート１６に付与されることが想定される場合、材料突出部３６の場合のように、材料突出部３６が溶接材料３７で形成されていて、さらに、溶接可能な材料で作られた連結片３９が、成型体１７の間隙４０内に係合していれば、硬質材料インサート１６の成型体１７の間隙４０に合わせた所定の接触輪郭３８を形成するのに有利である。

このように、連結部材３９は、ぴったりと嵌まる係合体として作用するだけでなく、溶着によって生成された圧力を硬質材料インサート１６に範囲内で伝達するための力導入要素としても作用する。

図９に示されたドリルビット４１では、ドリルヘッド４２は、円筒形台座部４４内に収容された複数の硬質材料インサート４３を備え、硬質材料インサート４３は、台座部４４と実質的に補完関係にあって台座部４４内に挿入される保持延長部４５を有する。図１０は、硬質材料インサート４３が分離された状態を示す。

硬質材料インサート４３は、互いに平行に配置されてドリルビット４１の回転軸Ｒに対して径方向に延びる第１の先端刃部４６及び第２の先端刃部４７を有する。

各硬質材料インサート４３に形成された間隙４８は、凹部４９を形成する肩部に隣接する平坦部５０を有する。平坦部５０は、先端刃部４６、４７まで延び、先端刃部４６、４７に対して直角に配置された平面内に配置される。側面部５４と平坦部５０との間には、溶接材料３７を溶接して側面部５４に溶着することによって形成された材料突出部５３が、間隙４８内にぴったり嵌合した状態で延びている。

硬質材料インサート４３は、平坦部５０の反対側及び保持延長部４５の上方に、先端刃部４６、４７の方向に延びて対の側面部５１を越えて突出する径方向突出部５２を有する。

Claims

穿孔用のドリルビット（１１、４１）であって、前記ドリルビット（１１、４１）は、少なくとも一つの硬質材料インサート（１６、４３）を備えるドリルヘッド（１０、４２）と、ドリルビットを駆動要素に連結させるベース本体（１２）とを有しており、
前記硬質材料インサート（１６、４３）は、前記ドリルヘッド（１０、４２）の軸方向端面（１３）に形成された台座部（１４、４４）に、前記硬質材料インサート（１６、４３）の少なくとも一つの先端刃部（１８、４６、４７）が前記軸方向端面（１３）を越えて突出するように、挿入されており、
前記台座部（１４、４４）は、側面部（２９、５４）と、前記側面部（２９、５４）と対向して位置する対の側面部（３０、５１）とを有し、
前記側面部（２９、５４）と前記対の側面部（３０、５１）との間には前記硬質材料インサート（１６、４３）が配置され、
前記硬質材料インサート（１６、４３）に形成された凹部（３３、４９）と対向する位置にある前記側面部（２９、５４）には材料突出部（３５、３６、５３）が設けられ、
前記材料突出部（３５、３６、５３）は、少なくとも部分的に溶接材料（３７）によって形成され、前記溶接材料（３７）を介して前記ドリルヘッド（１０、４２）に接合され、前記凹部（３３、４９）内に突出することで前記硬質材料インサート（１６、４３）にぴったり嵌合して連結することを特徴とするドリルビット（１１、４１）。
請求項１に記載のドリルビット（１１、４１）において、
前記硬質材料インサート（１６、４３）の前記凹部（３３、４９）内に突出する前記材料突出部（３５、５３）が、全て前記溶接材料（３７）で形成されることを特徴とするドリルビット（１１、４１）。
請求項２に記載のドリルビット（１１、４１）において、
前記材料突出部（３５、５３）は、点状の肉盛溶接で形成された溶接点であることを特徴とするドリルビット（１１、４１）。
請求項２または３に記載のドリルビット（１１）において、
前記材料突出部（３５）は、前記硬質材料インサート（１６）内の前記凹部に隣接して形成された間隙（４０）と、前記台座部（１４）の、前記対向する側面部（２９）内に形成された間隙（３４）との両方を少なくとも部分的に埋めることを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項１〜４のいずれか一つに記載のドリルビット（１１）において、
前記ドリルヘッド（１０）内の前記台座部（１４）の長さは、前記ドリルヘッド（１０）の回転軸Ｒに対して実質的に径方向に延び、
前記台座部（１４）は、径方向外側端部に開口部（２６）を有し、
同じ径方向に長さが延びる前記硬質材料インサート（１６）は、前記回転軸Ｒに対して径方向に延びる突出部（２７）の分、前記ドリルヘッド（１０）の外周面（２８）から突出するように前記台座部（１４）に収容されることを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項１〜５のいずれか一つに記載のドリルビット（１１）において、
前記硬質材料インサート（１６）は、少なくとも一つの保持延長部（２１）を有し、
前記保持延長部（２１）は、前記ドリルヘッド（１０）の回転軸Ｒに実質的に平行であるとともに、前記台座部（１４）の台座底部（２３）に形成された底部間隙（２２）内に係合することを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項５または６に記載のドリルビット（１１）において、
前記硬質材料インサート（１６）の前記径方向突出部（２７）は、前記ドリルヘッド（１０）の前記回転軸Ｒに対して実質的に平行に延びる周方向刃先（１９）を形成することを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項７に記載のドリルビット（１１）において、
前記周方向刃先（１９）は、前記ドリルヘッド（１０）の前記軸方向端面（１３）を越えて突出する前記先端刃部（１８）から始まって、前記台座部（１４）の台座底部（２３）を越えて延び、
前記周方向刃先（１９）の先端脚部（２４）が前記台座部（１４）の前記台座底部（２３）の第２の底部空隙（２５）内に収容されていることを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項１〜８のいずれか一つに記載のドリルビット（１１）において、
各々が前記台座部（１４）内に挿入された複数の硬質材料インサート（１６）が、前記ドリルヘッド（１０）の前記軸方向端面（１３）の周囲にわたって分散配置されていることを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項９に記載のドリルビット（１１）において、
少なくとも２つの前記硬質材料インサート（１６）は、各先端刃部（１８）の径方向内側端と前記ドリルヘッド（１０）の回転軸Ｒとの距離が異なるように、前記ドリルヘッド（１０）の前記回転軸Ｒに対して径方向に異なるようにそれぞれ延びていることを特徴とするドリルビット（１１）。
請求項１〜４のいずれか一つに記載のドリルビット（４１）において、
前記台座部（４４）は、円筒形であり、
前記硬質材料インサート（４３）は、保持延長部（４５）を有し、
前記保持延長部（４５）は、前記台座部（４４）と実質的に相補的であって、前記台座部（４４）に挿入されることを特徴とするドリルビット（４１）。
請求項１１に記載のドリルビット（４１）において、
前記硬質材料インサート（４３）は、第１および第２の先端刃部（４６、４７）を有し、
前記第１および第２の先端刃部（４６、４７）は、互いに平行に配置されて、前記ドリルビット（４１）の回転軸Ｒに対して径方向に延びていることを特徴とするドリルビット（４１）。
請求項１１または１２に記載のドリルビット（４１）において、
前記硬質材料インサート（４３）に形成された間隙（４８）は、前記凹部（４９）を形成する肩部に隣接する平坦部（５０）を有し、
前記平坦部（５０）は、先端刃部（４６、４７）まで延びることを特徴とするドリルビット（４１）。
請求項１３に記載のドリルビット（４１）において、
前記平坦部（５０）は、前記先端刃部（４６、４７）に対して直角に配置された平面内に配置されていることを特徴とするドリルビット（４１）。
請求項１４に記載のドリルビット（４１）において、
前記硬質材料インサート（４３）は、前記平坦部（５０）の反対側でかつ前記保持延長部（４５）の上方に、前記先端刃部（４６、４７）の方向に延びて前記対の側面部（５１
）を越えて突出する径方向突出部（５２）を有することを特徴とするドリルビット（４１）。
請求項１１〜１５のいずれか一つに記載のドリルビット（４１）において、
各々が前記台座部（４４）内に挿入された複数の硬質材料インサート（４３）が、前記ドリルヘッド（４２）の前記軸方向端面の周囲にわたって分散されることを特徴とするドリルビット（４１）。