(57)【要約】【課題】切粉の排出性を確保しつつ、被削材に含有された障害物（鉄筋）に対するドリル工具の噛み込み率を低減し、かつ、優れた障害物回避性を有するドリル工具を提供する。【解決手段】軸線を有する丸棒状の工具本体部と、前記工具本体部の先端において半径方向へ延びる少なくとも２つの切れ刃と、前記各切れ刃の回転方向前方に近接するように前記先端面から開口し、前記軸線の方向に沿って延びる切粉排出溝とを備え、１つの前記切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が７０度以上８０度以下であり、かつ、他の前記切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が３０度以下である、ドリル工具。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を有する丸棒状の工具本体部と、前記工具本体部の先端において半径方向へ延びる少なくとも２つの切れ刃と、前記各切れ刃の回転方向前方に近接するように前記先端面から開口し、前記軸線の方向に沿って延びる切粉排出溝とを備え、被削材を穿孔するドリル工具において、
１つの前記切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が７０度以上８０度以下であり、かつ、他の前記切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が３０度以下であることにより、
前記切粉排出溝が穿孔により発生する切粉を排出すると共に、前記被削材に含有された障害物に対する前記ドリル工具の噛み込みを防止し、かつ、前記ドリル工具に干渉した前記障害物を回避することを可能にすることを特徴とする、ドリル工具。
【請求項２】
前記１つの切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が８０度である、請求項１に記載のドリル工具。
【請求項３】
前記他の切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が１５度以上３０度以下である、請求項１又は２に記載のドリル工具。
【請求項４】
前記１つの切れ刃が主切れ刃であり、前記他の切れ刃が副切れ刃である、請求項１乃至３の何れか１項に記載のドリル工具。
【請求項５】
前記副切れ刃の数が１つであると共に、前記主切れ刃及び前記副切れ刃が、前記工具本体部の先端において直径方向に沿って延びるように設けられたメインチップに形成されている、請求項４に記載のドリル工具。
【請求項６】
前記副切れ刃の数が少なくとも２つであると共に、前記主切れ刃及び１つの前記副切れ刃が、前記工具本体部の先端において直径方向に沿って延びるように設けられたメインチップに形成されると共に、他の前記副切れ刃が、前記工具本体部の先端の所定位置に設けられたサブチップに形成されている、請求項４に記載のドリル工具。
【請求項７】
前記１つの切れ刃と、前記他の切れ刃のうち少なくとも１つの切れ刃とがともに、主切れ刃である、請求項１乃至３の何れか１項に記載のドリル工具。
【請求項８】
前記被削材が鉄筋コンクリートであり、前記障害物が鉄筋である、請求項１乃至７の何れか１項に記載のドリル工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被削材を穿孔するためのドリル工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート等の被削材を穿孔するための工具としてドリル工具がある。従来のドリル工具は、軸線を有する棒状の工具本体部と、工具本体部の先端において半径方向へ延びる切れ刃と、切れ刃の回転方向前方に近接するように工具本体部の先端面から開口し、軸線の方向に沿って延びる切粉排出溝とを備えており、電動機等に取り付けられて軸線を中心に回転し被削材を穿孔する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
切粉排出溝の開口角度を大きくすると、切粉の排出性は向上するが、ドリル工具が被削材（例えば、鉄筋コンクリート）に含有された障害物（例えば、鉄筋）に干渉（当接）した際に、ドリル工具が切粉排出溝のところで障害物に「引っ掛かる」。その「引っ掛かり」を契機に工具の先端部が障害物（例えば、鉄筋）と被削材の母材（例えば、コンクリート）との間に嵌入して拘束される状態、すなわち、ドリル工具の「噛み込み」が生じることになる。このような「噛み込み」は、電動機の回転を停止させて切削効率の低下を招くだけではなく、切れ刃の欠損や工具本体部の折損等を生じさせて工具寿命を短くする問題がある。
【特許文献１】米国特許第６，０３２，７５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、切粉の排出性を高いレベルで確保しつつ、穿孔中のドリル工具の「噛み込み」を最小限に抑えることができるような、最適な切粉排出溝の数及び開口角度を有するドリル工具は未だ提供されていない。
ところで、近年、阪神・淡路大震災を期に、「耐震補強工事」が非常に増加している。
工事対象の公共施設、高速道路、線路（高架）、トンネルなどの多くは「RC造」と呼ばれる鉄筋コンクリート構造物である。このような構造物の補強工事の際にドリル工具を使用して穿孔作業を行うと、ドリル工具が鉄筋コンクリートに含有される鉄筋と頻繁に干渉することになる。鉄筋との干渉が生じた場合、「耐震補強工事」では打設するアンカー筋の数量・位置が予め決められているため、穿孔位置を変えて穿孔し直すことは好ましくない。このため、干渉した「鉄筋を回避」して穿孔作業を継続する必要がある。「鉄筋回避」をするためには、電動機の強大な回転力に抗する必要があるため、作業者に大きな負担を強いる。
したがって、切れ刃の欠損や工具本体部の折損等を防止し、また作業者の負担を軽減するために、「噛み込み率」を低減し、かつ、優れた「障害物（鉄筋）回避性」を有するドリル工具が望まれている。
［課題を解決するための手段及び発明の効果］
【０００５】
上記課題を解決するための本発明に係るドリル工具は、軸線を有する丸棒状の工具本体部と、前記工具本体部の先端において半径方向へ延びる少なくとも２つの切れ刃と、前記各切れ刃の回転方向前方に近接するように前記先端面から開口し、前記軸線の方向に沿って延びる切粉排出溝とを備え、１つの前記切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が７０度以上８０度以下であり、かつ、他の前記切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が３０度以下であることを特徴とする。
これにより、切粉の排出性を高いレベルで確保しつつ、被削材（例えば、鉄筋コンクリート）に含有された障害物（例えば、鉄筋）に対するドリル工具の噛み込み率を際だって低減し、かつ、際だって優れた障害物回避性（「ピーク効果」）を奏し得る利点がある（段落００１６−００２６の［実験］の記載参照）。
また、ドリル工具により穿孔された孔の内部において、ドリル工具の先端部が半径方向に移動できる空間が制限されるため、より真円に近い孔を穿孔し得る利点を有する。
【０００６】
好ましくは、前記１つの切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が８０度である。
また好ましくは、前記他の切れ刃に対する切粉排出溝の開口角度が１５度以上３０度以下である。
また好ましくは、前記１つの切れ刃が主切れ刃であり、前記他の切れ刃が副切れ刃である。
また好ましくは、前記副切れ刃の数が１つであると共に、前記主切れ刃及び前記副切れ刃が、前記工具本体部の先端において直径方向に沿って延びるように設けられたメインチップに形成されている。
また好ましくは、前記副切れ刃の数が少なくとも２つであると共に、前記主切れ刃及び１つの前記副切れ刃が、前記工具本体部の先端において直径方向に沿って延びるように設けられたメインチップに形成されると共に、他の前記副切れ刃が、前記工具本体部の先端の所定位置に設けられたサブチップに形成されている。
また好ましくは、前記１つの切れ刃と、前記他の切れ刃のうち少なくとも１つの切れ刃とがともに、主切れ刃である。
また好ましくは、前記被削材が鉄筋コンクリートであり、前記障害物が鉄筋である。
【実施例１】
【０００７】
図１乃至図４を使用して本発明に係るドリル工具の第１の実施例について説明する。
図１に示すドリル工具１は、軸線Ａを有する丸棒状の工具本体部２を備える。工具本体部２は、工具本体部２と一体に設けられ、電動機等の駆動装置（図示せず）が取り付けられるシャンク部２１と、工具本体部２の周面２２の中途（或いは、先端面２４）からシャンク部２１（後端）方向へ延びる１つ（或いは、複数）の切粉排出用の螺旋溝２２ａと、先端部２３とを備える。工具１は軸線Ａを中心に同図中Ｒ方向へ回転（回転穿孔）し、或いは、軸方向に振動（打撃穿孔）し、或いは、回転に加えて軸方向に振動することにより、被削材（例えば、鉄筋コンクリート）を穿孔する。なお、工具本体部２は鋼製であるが、他の材料よりなってもよい。また、シャンク部２１は、工具本体部２と別体に設けられてもよい。
工具１のスペックは、例えば、ドリル直径が１２−４０ｍｍであり、３００−４５０ｒｐｍの回転数で回転されて、被削材（例えば、鉄筋コンクリート）に深さ１００−６００ｍｍの孔を穿孔するために使用される。勿論上記スペックに限定されるものではなく、工具１のスペックは使用状況に対応して適宜変更可能である。
【０００８】
図２中、メインチップ３は、先端面２４の直径方向３３に沿って延びるように先端部２３に取り付けられている。メインチップ３は夫々半径方向に沿って延びる主切れ刃３１と第１の副切れ刃３２とを有する。ここで、本願において、主切れ刃とは、例えば刃渡りを長くするなどして、被削材の穿孔を主導的に行う切れ刃のことをいい、副切れ刃とは、主切れ刃の穿孔を補助する切れ刃をいう。なお、メインチップ３に、被削材の穿孔を対等に行う２つの主切れ刃が設けられてもよい。
メインチップ３の副切れ刃３２側の半径方向外方端部に後方（シャンク部２１の方向）へ傾斜する斜面３４を設けて、他の切れ刃よりも副切れ刃３２の半径方向外方端部の先端方向高さを低くしている。斜面３４を設けた理由は、打撃穿孔の際、副切れ刃３２以外の他の切れ刃により被削材を主に打撃するためである。なお、斜面３４を設けなくともよい。
図２に示されるように、サブチップ４及びサブチップ５が、直径方向３３に関して対称位置に夫々角度θ（例えば、６０度）をなすように先端部２３に取り付けられてもよい。サブチップ４及びサブチップ５は夫々、第２の副切れ刃４１及び第３の副切れ刃５１を有する。なお、サブチップ４及びサブチップ５は直径方向３３に関して対称位置に設けられなくてもよい。
【０００９】
図２に示すように、主切れ刃３１及び各副切れ刃３２，４１，５１の半径方向外方縁は、先端部２３の周面２２から僅かに突出している。各切れ刃３１，３２，４１，５１の半径方向外方縁が回転して所定直径（以下、単に「切れ刃の回転直径」という。）を有する仮想円Ｃを形成する。最も大きい切れ刃の回転直径がすなわち、工具１のドリル直径である。本実施例においては、各切れ刃の回転直径はすべて同じＤである。すなわち、工具１のドリル直径はＤである。このように、所定角度離間して配設された３以上の切れ刃の回転直径をすべて同じに設定すると、軸直交方向断面がより真円に近い孔を穿孔できる効果がある。なお、いずれかの切れ刃（例えば、副切れ刃３２）の回転直径がＤより小さくてもよい。
なお、各チップ３，４，５は超硬合金製であるが、他の材料よりなってもよい。また、チップにより切れ刃を提供するのではなく、超硬合金等の材料からなる先端部２３の先端面２４を適宜研磨することで切れ刃を形成してもよい。
【００１０】
所定長さを有する各切粉排出溝２５，２６，２７，２８は、先端面２４から開口し、軸線Ａの方向に沿って延びている。切粉排出溝の先端面２４における回転中心Ｏを中心とする開口角度（以下、単に「開口角度」という。）が大きいほど、切粉排出能力は高くなる。一般に、主切れ刃に対応する排出溝の開口角度を大きくする必要がある一方で、副切れ刃に対応する排出溝の開口角度はそれほど大きくする必要はない。主切れ刃に対応する排出溝の所望開口角度は被削材の種類により異なるが、本出願人の経験則によれば、少なくとも５０度以上である。本願においては、開口角度が５０度以上の排出溝を主溝と定義し、開口角度が５０度より小さい排出溝を副溝と定義する。
【００１１】
溝２５は開口角度αを有する主溝である。主溝の開口角度αは好ましくは、７０度以上８０度以下であり、更に好ましくは、略８０度である。主溝の開口角度αが８０度の場合、先端面２４において、主溝が設けられていない周縁部の周角度εは２８０度となる。主溝２５は主切れ刃３１に対応し、主切れ刃３１の回転方向（同図中、Ｒ方向）前方に近接するよう開口している。本実施例において、工具１に設けられた主溝の数は１つである。
主溝２５の底面と周面２２とが交差して開口両端部２５ａが形成されている。開口両端部２５ａを結ぶと仮想平面２５ｂが形成される。仮想平面２５ｂと周面２２が延長した面との間に、空間２５ｃが形成される。この空間２５ｃが小さければ、ドリル工具１により穿孔された孔（図示せず）の内部において、工具１の先端部２３が半径方向に移動できる空間が制限されるため、孔内における工具１のガタを防止し、軸直交方向断面がより真円に近い孔を穿孔しうる利点がある。一方、この空間２５ｃが大きければ、工具１が孔内でガタついて真円に近い孔を穿孔することが困難になる。
【００１２】
開口角度βを有する副溝２６は、第１の副切れ刃３２に対応し、副切れ刃３２の回転方向前方に近接して開口するよう設けられている。開口角度γ１を有する副溝２７及び開口角度γ２を有する副溝２８は夫々、第２の副切れ刃４１及び第３の副切れ刃５１に対応し、各副切れ刃４１，５１の回転方向前方に近接して開口するよう設けられている。各副溝２６，２７，２８の開口角度は夫々好ましくは、３０度以下であり、更に好ましくは、１５度以上３０度以下である。なお、各副溝の開口角度は必ずしも同じである必要はなく、異なってもよい。
【００１３】
図３中、先端面２４の周縁部には、チップ（或いは、切れ刃）や切粉排出溝が設けられていない滑らかな円弧部２９ａ、円弧部２９ｂ、円弧部２９ｃ、円弧部２９ｄ、及び円弧部２９ｅ（以下、これらの円弧部を総称して適宜「円弧部２９」という。）が設けられている。上記各円弧部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅは夫々、中心角δａ、中心角δｂ、中心角δｃ、中心角δｄ、及び中心角δｅを有しており、各中心角の合計はδである。
【００１４】
図４を参照すると、各副溝２６，２７，２８は近接している螺旋溝２２ａと接続している。各副溝の後端側終点と螺旋溝２２ａの先端側始点は必ずしも一致する必要はなく、各副溝は螺旋溝２２ａの中途で接続してもよい。各副溝２６，２７，２８の深さは、螺旋溝２２ａの深さより浅いが、略同一でもよい。主溝２５は螺旋溝２２ａと接続している。主溝２５の後端側終点と螺旋溝２２ａの先端側始点とは同一であり、主溝２５と螺旋溝２２ａとが滑らかに接続していることが好ましい。主溝２５と螺旋溝２２ａの溝の深さは略同一であることが好ましい。主溝２５から排出された切粉が螺旋溝２２ａを通って工具１の後端方向へ排出しやすくなるからである。なお、主溝の後端側終点はメインチップ３の後端側底面より後端側に位置していることが好ましい。
なお、本実施例において、工具１に設けられているサブチップの数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【実施例２】
【００１５】
図５を参照しながら、本発明に係るドリル工具の第２の実施例について説明する。図５中、図１乃至図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
ドリル工具１’の先端部２３’の先端面２４’には、第１の実施例に係るドリル工具１（図２参照）と同様に、主切れ刃３１及び副切れ刃３２を有するメインチップ３と、主切れ刃３１及び副切れ刃３２に夫々対応する主溝２５及び副溝２６とが設けられている。すなわち、第２の実施例に係る工具１’が上述した第１の実施例に係る工具１（図１乃至図４参照）と異なる点は、第１の実施例に係る工具１がサブチップ４及びサブチップ５を有しているのに対し、第２の実施例に係る工具１’はサブチップを有していない点である。
【００１６】
［実験］
以下に述べる実験は、切粉排出性を高いレベルで確保しつつ、穿孔中のドリル工具の噛み込み率を低減し、かつ、優れた障害物（鉄筋）回避性を有するドリル工具の最適な切粉排出溝の数及び開口角度を発見することを目的とする。
【００１７】
［最適な主溝の数及び開口角度について］
実験に使用したサンプル１−６は、第１の実施例に係る工具１の切粉排出溝の各開口角度を以下の表１に示すように変更したものである。サンプル７−１３は、第２の実施例に係る工具１’の切粉排出溝の各開口角度を以下の表１に示すように変更したものである。
実験は、各サンプル１−１３のドリル工具を使用して被削材としての鉄筋コンクリートに加工深さ１００ｍｍの孔を穿孔した際の、穿孔時間、噛み込み率、鉄筋回避性を測定して行う。なお、穿孔時間は、ドリル工具の「基本性能」を測るための指標であり、ドリル工具が障害物に干渉している時間を含んでいない。
実験の結果を以下の表１及び表２にまとめる。
【００１８】
なお、表１中の穿孔時間とは、サンプル１０による穿孔時間を１００とした、各サンプルによる穿孔時間の相対値である。また、噛み込み率とは、上記穿孔作業を１０回した場合の、噛み込みが発生した回数の比率である。
また、表２中の鉄筋回避性とは、鉄筋回避（ドリル工具が鉄筋に干渉した際に、ドリル工具を鉄筋に接触させつつ傾けて方向転換をして鉄筋を回避した後、傾きを戻して穿孔作業を継続すること）のし易さをいい、鉄筋回避時の衝撃及び操作感により総合的に定性評価をしたものである。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
サンプル１−５は、溝２６，２７，２８の各開口角度β，γ１，γ２を３０度に固定し、溝２５の開口角度αを５０度以上で変更設定したものである（表１参照）。すなわち、サンプル１−５において、５０度以上の開口角度を有する主溝の数は１つである。
実験結果より、溝２５の開口角度αが７０度以上８０度以下の場合（サンプル２−４）は、８０度以上（サンプル５）の場合と比較して、噛み込み率及び鉄筋回避性の各特性が際だって優れている、すなわち、顕著な「ピーク効果」を有していることがわかる（表１及び表２参照）。
また、開口角度αが７０度以上８０度以下の場合（サンプル２−４）を開口角度αが７０度以下（サンプル１）の場合と比較すると、噛み込み率については両者とも低い値（３０％）を示した。しかしながら、表１及び表２を参照すると、鉄筋回避性について、後者の場合は「鉄筋回避に時間がかかる」のに対し、前者の場合は「鉄筋回避は非常に容易」である。すなわち、開口角度αが７０度以上８０度以下の場合（サンプル２−４）は、開口角度αが７０度以下（サンプル１）の場合と比較して、鉄筋回避性が際だって優れている、すなわち、顕著な「ピーク効果」を有していることがわかる。
一方、溝２５の開口角度αが７０度以上８０度以下の場合（サンプル２−４）の穿孔時間は、開口角度αが８０度以上（サンプル５）の場合と比較して３０％の増加に抑えられている（表１参照）。つまり、開口角度αが７０度以上８０度以下の場合であっても、十分な切粉排出性を発揮していることがわかる。
【００２２】
しかし、サンプル６のように５０度以上の開口角度を有する主溝の数を２つにすると（表１参照）、その主溝２５，２８の開口角度α，γ２がたとえ７０度以上８０度以下の場合であっても、サンプル２−４と比較して噛み込み率が２．３倍となり著しく悪化し、かつ、鉄筋回避性が劣化することがわかる（表１及び表２参照）。換言すれば、主溝の数が１つの場合（サンプル２−４）は、主溝の数が２つの場合（サンプル６）と比較して、噛み込み率及び鉄筋回避性の各特性が際だって優れている、すなわち、顕著な「ピーク効果」を有していることがわかる。
このことは、サブチップを有さない場合（サンプル７−１３）も同様である。
すなわち、主溝の数が２つの場合（サンプル７−１０）と比較して、主溝の数が１つであり、かつ、主溝の開口角度が７０度以上８０度以下の場合（サンプル１１−１３）は、噛み込み率及び鉄筋回避性の各特性が際だって優れている、すなわち、顕著な「ピーク効果」を有していることがわかる（表１及び表２参照）。
また、サンプル２−４とサンプル１１−１３とを比較すると、主溝及び副溝の開口角度は同じであるが、副溝の数が相違する。ところが、サンプル２−４の噛み込み率及び鉄筋回避性の各特性とサンプル１１−１３の各特性には、ほとんど差異がない（表１及び表２参照）。このことは、所定開口角度を有する副溝の存在は、その数に拘わらず、噛み込み率及び鉄筋回避性の各特性に対して悪影響をほとんど与えないか、たとえ与えたとしてもその悪影響はきわめて小さいことを意味する。また、副溝の数が増加することにより、滑らかな円弧部２９の中心角δ（図３及び図５参照）は小さくなるが、上記特性は円弧部２９の中心角δの大きさに左右されないことを意味する。
【００２３】
以上の実験結果により、切粉排出性を高いレベルで確保しつつ、穿孔中のドリル工具の噛み込み率を低減し、かつ、優れた鉄筋回避性を発揮するための主溝の条件は、主溝の数が１つであり、かつ、主溝の開口角度が７０度以上８０度以下（好ましくは、略８０度）であることがわかる。
【００２４】
［最適な副溝の開口角度について］
続いて、噛み込み率に悪影響を与えないために所望される副溝の開口角度を求める実験について述べる。
本実験は、サンプルＡ−Ｇを使用して、上述した実験と同様に鉄筋コンクリートを穿孔し、噛み込み率を測定するものである。実験に使用したサンプルＡ−Ｇは、第１の実施例に係る工具１の主溝２５の開口角度αを８０度に固定し、副溝２６，２７，２８の各開口角度β，γ１，γ２を変更したものである。実験の結果を表３に示す。
【００２５】
【表３】
2007245274.tif 000005
【００２６】
表３に示すように、副溝の開口角度がすべて３０度以下である場合（サンプルＡ−D）の噛み込み率はすべて３０％である。この噛み込み率は、上述したサンプル２−４と同じ値を示している。したがって、副溝の開口角度がすべて３０度以下である場合、副溝の存在は、その数に拘わらず、噛み込み率に対して悪影響を与えないことがわかる。これに対して、副溝２６，２７，２８のうち１つでも開口角度が３０度を超える場合（サンプルＥ−Ｇ）は、噛み込み率が７０％（サンプルＡ−Dに比して、２．３倍）に悪化し、開口角度が３０度を超える副溝は噛み込み率に対して顕著に悪影響を与えることがわかる。
以上より、噛み込み率に悪影響を与えないために所望される副溝の開口角度は３０度以下である。また、副溝の開口角度がすべて１５度の場合（サンプルD）の噛み込み率が同３０度（サンプルＡ−Ｃ）の場合と同じく３０％であることより、副溝の開口角度は、さらに好ましくは１５度以上３０度以下であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るドリル工具の第１の実施例を説明するための斜視図である。（実施例１）
【図２】図１中、ドリル工具の先端面を表す図である。（実施例１）
【図３】図１中、ドリル工具の先端面を表す図である。（実施例１）
【図４】図１中、Ｂで示すドリル工具の先端部の拡大図である。（実施例１）
【図５】本発明に係るドリル工具の第２の実施例を説明するための先端面を表す図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００２８】
１，１’                        ドリル工具
２                              工具本体部
３                              メインチップ
４，５                          サブチップ
２５                            主溝
２６，２７，２８                副溝
【図１】
2007245274.tif 000006
【図２】
2007245274.tif 000007
【図３】
2007245274.tif 000008
【図４】
2007245274.tif 000009
【図５】
2007245274.tif 000010