(57)【要約】【課題】  本発明はドリルビットに関するものであり、穴の真円を得るとともに、穿孔速度を向上することを課題とする。【解決手段】  主切刃と副切刃を互いに直角に配し、主切刃と切削粉排出溝間に形成される前方壁の厚さを後方壁の厚さよりも薄くするとともに、４箇所の切削粉排出溝断面積を略同一面積にすることにより解決される。【選択図】  図１
2007090776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体に取付けられるシャンク部と、切刃を有するヘッド部と、シャンク部とヘッド部とを繋ぐらせん溝と、ヘッド部に設けられた複数の切削粉排出溝が、らせん溝につながるよう構成されるとともに、ヘッド部に各々埋め込まれた主切刃と副切刃が、シャンク部とヘッド部とを結ぶ軸心に対し対称配置され、互いに直角に十字形状をなすように固着されるとともに、主切刃と副切刃間に４箇所の切削粉排出溝を有するドリルビットにおいて、主切刃に対して前記ドリルビットの回転方向の前方にあって、主切刃と切削粉排出溝間に形成される前方壁の厚さを、前記ドリルビットの回転方向の後方に位置する後方壁の厚さに比し、少なくとも主切刃が埋め込まれている深さ範囲内において、２分の１以下にするとともに４箇所の切削粉排出溝断面積を略、同一面積にしたことを特徴とするドリルビット。
【請求項２】
少なくとも副切刃が埋め込まれている深さ範囲内の副切刃と切削粉排出溝間に形成される厚さにおいて、副切刃に対して前記ドリルビットの回転方向の後方に位置する後方板の厚さを、前方に位置する前方板の厚さよりも厚くしたことを特徴とする請求項１記載のドリルビット。
【請求項３】
前方壁にらせん溝につながる溝を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２記載のドリルビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転及び随意に打撃を加えるドリル工具に使用され、コンクリートや石材等を穿孔するためのドリルビットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドリルビットに求められる主な特性は、穴の真円が得られること及び穿孔速度の向上である。真円を得るために種々の形状が提案されているが、最も安定して得られるのがヘッド部中央に配置された主切刃に対し軸心を通り直角に副切刃が２枚配置されたものである。すなわち主切刃の両側面との協働により９０°間隔で４側面で外周をガイドするため、きれいな穴を安定して得ることができる。外周のガイド面がこれ以上に多くなれば幾分穴がきれいになるものの抵抗が増えて穿孔速度が落ちるし、副切刃の個数が増しコストアップにもつながる。逆に、これよりガイド面が４個以下になると、ガイド間隔が平均で１２０°以上に広がりガイド機能が落ち、真円が得られにくくなる。さらに切刃間が広がることによりそれだけ鉄筋等の異物が噛み込む機会も高くなり切刃の折損が心配される。よって主切刃と副切刃が９０°間隔で４側面で外周をガイドするのが最も好ましい例と言える。
【０００３】
例えば特許文献１に於いては開発例と従来例が開示されている。どちらも真円が得られやすいように主切刃、副切刃が前述した十字形状を成している。ここでは一般的な従来例をもとに改良すべき点を図６、図７によって説明する。このタイプのドリルビット５０はドリルヘッド部５１において、タングステンカーバイトを主成分とした超硬材質からなる１個のメイン切刃５２と２個のサブ切刃５３、５４がほぼ直角にロー付け保持されている。
【０００４】
ドリルビット５０のメイン切刃５２に対し、回転方向の後方に位置するメイン切刃５２と後切粉排出溝５７、５８間に形成される後壁５９、６０の厚さと、メイン切刃５２と前切粉排出溝６１、６２間に形成されるドリルビット５０の回転方向の前方に位置する前壁６３、６４の厚さはほぼ同じになっている。サブ切刃５３、５４に於いても同様である。
【０００５】
そこで、例えばメイン切刃５２の切刃角度を鋭くした場合、或いは鉄筋等を噛み込んだ場合等、その分高負荷がメイン切刃５２に加わり、後壁５９、６０が変形しメイン切刃５２が脱落することもしばしば起こっていた。
【０００６】
特に耐摩耗性を向上させるためにドリルビット本体５０に熱処理をおこなった後にドリルヘッド部５１に銀ロー付け等で切刃をロー付けする場合においては顕著であった。すなわち、約７００度の高温で銀ローを溶かすためドリルヘッド部５１の硬さが戻り強度低下してしまう。  図６はメイン切刃５２及び前壁６３、６４と後壁５９、６０に加わる荷重とさらにこれによって発生するメイン切刃収納溝６５の底面６６に加わるモーメントを各々矢印で示したものであるが、このモーメントによってメイン切刃収納溝６５が拡がり、メイン切刃５２を脱落させる直接の原因となるものである。
【０００７】
今、ドリルビット本体５０にトルクが加わり、メイン切刃５２の最外周面にＰ１という荷重が加わったとするとメイン切刃５２を支える後壁５９、６０には図示しない荷重Ｆ２が加わり、メイン切刃５２にはＦ２と同じ力で逆方向に反力Ｐ２が加わる。
【０００８】
また前壁６３、６４のメイン切刃５２と底面６６近傍で接する部位には図示しない荷重Ｆ３が加わり、メイン切刃５２にはＦ３と同じ力で逆方向に反力Ｐ３が加わる。
【０００９】
またＰ１とＰ２間の距離をＡ、Ｐ２とＰ３間の距離をＢとすると以下の関係が得られる。
【００１０】
Ｐ１＋Ｐ３＝Ｐ２
Ｐ１×Ａ＝Ｐ３×Ｂ
Ｆ２＝−Ｐ２、Ｆ３＝−Ｐ３
故に後壁５９、６０に加わる力はＦ２＝Ｐ１（１＋Ａ／Ｂ）、
同様に前壁６３、６４に加わる力はＦ３＝Ｐ１（Ａ／Ｂ）となり、後壁５９、６０に加わる力Ｆ２はＦ３よりＰ１だけ大きな力が発生していることがわかる。
【００１１】
さらにメイン切刃収納部６５の後壁５９、６０の底面に加わるモーメントＭはＭ＝Ｆ２×（Ｂ＋Ｃ）、前壁６３、６４の底面６６に加わるモーメントＫはＫ＝Ｆ３×Ｃで表される。前壁６３、６４の底面６６に加わるモーメントの距離Ｃはメイン切刃５２の面取りにより生じる距離であるので、後壁５９、６０に比して僅かなモーメントしか加わらないことになる。
【００１２】
ここで筆者等が実際に使用している数値を当てはめると、２Ａ＝Ｂ、Ｂ＝５Ｃより、Ｍ＝１５×Ｋとなり、前壁６３、６４は後壁５９、６０に比べて１／１５のモーメントになるため、十分薄く出来ることがわかる。しかしながら余り薄くすると熱処理時に変形を起こしやすく、また間違って逆転されると前壁６３、６４に多大な力が加わり、あらかじめ適度な厚さを必要とする。
【００１３】
また生成する切削粉を迅速に穿孔穴から排出し、メイン切刃５２が直接コンクリート等を打撃、穿孔することも重要である。すなわち、メイン切刃５２が切削粉を介してコンクリート等を打撃、穿孔することは効率を落とすことになり避けなければならない。切削粉はメイン切刃５２の切削作用によって生成するが、生成された後ドリルビット本体５０の回転方向前方、即ち、図示しない被削材とメイン切刃５２と前切粉排出溝６１、６２間に形成される前壁６３、６４の下方隙間からメイン切刃５２により前切粉排出溝６１、６２に押出される。切削粉は前切粉排出溝６１、６２に囲われた部位から、メイン切刃５２と前壁６３、６４により、らせん溝６７に跳ね上げられ、らせん溝６７に沿って外部へ排出される。
【００１４】
この事から前壁６３、６４が薄くなると切削粉は前切粉排出溝６１、６２に送られやすくなり、メイン切刃５２が切削粉を介してコンクリート等を打撃、穿孔することは減り、穿孔速度が向上する。
【００１５】
同様にサブ切刃５３、５４も切削粉を生成し、メイン切刃５２の後方に位置する後切粉排出溝５７、５８内に切削粉を送り出す。送り出された切削粉はサブ切刃５３、５４とサブ切刃５３、５４と後切削排出溝５７、５８に囲まれた壁７０、７１により、らせん溝６７に跳ね上げられ、排出されるので壁７０、７１は出来るだけ薄く確保されるのが望ましい。
【００１６】
図８に特許文献２の例を示す。回転方向に対しメイン切刃５２の直後にサブ切刃７５、７６を配置した例である。この例では前壁７７、７８が薄く、後壁７９、８０が厚く形成されるが、メイン切刃５２の直後にサブ切刃７５、７６を設けているため、後切粉排出溝が確保できていない。メイン切刃５２とサブ切刃７５、７６の間を分ける排出溝がないので、これは二つの問題を発生する。一つはメイン切刃５２の受ける荷重がサブ切刃７５、７６にも伝わり、サブ切刃７５、７６の後の壁８１、８２を補強しなければならない点である。図９に示した模式図のように、メイン切刃５２の受ける荷重Ｐ５により後壁７９、８０はＮ１なる荷重を受けるが、サブ切刃７５、７６はこの影響をまともに受けることになる。すなわち、サブ切刃７５、７６の後の壁８１、８２には、本来サブ切刃７５、７６が切削時に受ける荷重はＰ６により発生するＮ２なる荷重に加えてメイン切刃５２の影響も受け、後壁７９、８０はたわみ、ほぼＮ１に近似した大きな荷重Ｎ３も受けることになる。これによりサブ切刃７５、７６の後の壁８１、８２は後壁７９、８０と同等の厚さを確保しなければならず、切削粉排出溝スペースが狭くなり、排出効率も落ちる。２番目にはサブ切刃７５、７６により生成する切削粉の逃げ場がなく、メイン切刃５２とサブ切刃７５、７６間で切削粉がつまり、切削抵抗が大きくなってしまっている。またサブ切刃７５、７６は常に切削粉を介して切削していることになり、効率が悪くなるし、メイン切刃５２とサブ切刃７５、７６の間隔が広いため真円があきにくいことは言うまでもない。
【００１７】
特許文献３の例ではメイン切刃の前壁、後壁は同一厚みを有し、サブ切刃の前壁が薄く、後壁が厚い例であるが、メイン切刃の切削粉の排出に関しては、上述した欠点を解消できない故、従来と同じと言える。また、この例ではメイン切刃は回転方向に対し概略、接線方向のみに力を受けるのに対し、サブ切刃の位置は回転中心に対し傾斜しているので、サブ切刃は回転方向に対し接線方向ではなく回転中心から離れる方向に力を受ける。
【００１８】
このため２個のサブ切刃がいつも同じ負荷を受けていることは有り得ないので、負荷が変動し、ビットがバタつく原因となり真円はあきにくい。さらにはメイン切刃の前後の切削粉排出溝断面積が異なるため、各々の切削粉から受ける抵抗が異なること、狭い溝内では切削粉がすぐにつまり、切削抵抗が増え、抵抗のバランスも崩れ、ビットには回転むら、微振動が加わり真円が開きにくい結果となる。この傾向は特に水分を含んだ半練り状態の切削粉で起こりやすい。サブ切刃はメイン切刃に比して切削粉の排出量は少ないので、サブ切刃の前方の切削粉排出溝断面積は、少なくても良いというわけではない。例えばビットが振動その他の要因により被削材より浮いてしまう、あるいは、切削粉が短時間で多量に発生する場合には、切削粉はメイン切刃の前方切削粉排出溝から後方切削粉排出溝に回り込み、４箇所の切削粉排出溝に流れ、狭い溝内では切削粉がすぐにつまり切削抵抗が増えビットが暴れる等の不具合を起こす。
【００１９】
また、特許文献４の例ではメイン切刃とサブ切刃を一体に製作している例ではあるが、一体切刃はドリルヘッド部に埋め込まれていないため切粉排出溝は大きく確保でき、切削粉詰まりの心配は解消できるものの、ドリルヘッド部に埋め込まれているものと比較して、一体切刃とドリルヘッド部との固着力は明らかに弱くなっている。また壁に覆われていないために、例えばドリル本体にドリルビット本体をつけたまま移動中、落下させたり、一体切刃を金属等にぶつけた場合、超硬材質ゆえ、切刃が欠ける等の心配もある。
【００２０】
【特許文献１】英国特許出願公開第２３０２６６４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９７０３９９４号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９８６０５２８号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０００９７３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は上記した欠点をなくし、穴の真円を得るとともに、切削粉のスムーズな排出をうながし、穿孔速度を向上するドリルビットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的は、主切刃と副切刃を互いに直角に配し、主切刃に対して前記ドリルビットの回転方向に対し、主切刃のみ或いは主切刃と副切刃の双方で、切削粉排出溝間に形成される前方壁の厚さを後方壁の厚さよりも薄くするとともに、４箇所の切削粉排出溝断面積を略同一面積にすることにより解決される。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載による本発明のドリルビットによれば、主切刃と副切刃を互いに直角に配し、前方壁を不用意な使用に耐え得る範囲で薄くし、後方壁を応力に耐え得るように厚くすることにより、切削粉をいち早く前方切削粉排出溝に送りむことが出来、前方の切削粉排出溝も広くとれるので切削粉はスムーズに排出され、穿孔速度を向上できるし、主切刃の脱落、破損を回避することが出来る。また４箇所の切削粉排出溝断面積を同一にすることにより、金属等の異物を噛み込む機会を減少させるとともに、切削粉によるつまりをなくし、均等に切削粉を排出できるので、真円を得ることが出来る。
【００２４】
請求項２記載のドリルビットは、請求項１記載の特徴に加えて、副切刃においても主切刃と同様な考えのもと、前方板を薄くすることにより切削粉の排出能力をさらに上げることが出来る。
【００２５】
請求項３記載のドリルビットは、請求項１、請求項２記載の特徴に加えて切削粉の排出能力をなお一層高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態の一例を、図１〜図４を参照して説明する。ドリルビット１は図示しない工具に把持されるシャンク部２と、山形形状を成す１個の主切刃４、概略、角形状を成す２個の副切刃５、６から成るドリルヘッド３とシャンク部２とドリルヘッド３間にある２本のらせん溝７、８、ドリルヘッド３とらせん溝７、８とを繋ぐ前方切削粉排出溝９、１０、後方切削粉排出溝１１、１２から構成される。前方切削粉排出溝９、１０、後方切削粉排出溝１１、１２の断面積はほぼ同一である。ドリルヘッド３にはシャンク部２とドリルヘッド３とを結ぶ中心軸上の中央に配置される主切刃４を収納固着するための主収納溝１３と、これに対し軸心を通り対称位置で直角に副切刃５、６を収納固着するための副収納溝１４、１５が設けられ、主切刃４、副切刃５、６は互いに直角に十字形状をなすように収納されロー付け固着される。
【００２７】
主切刃４に対してドリルビット１の回転方向の後方に位置する主切刃４と後方切削粉排出溝１１、１２間に形成される後方壁１６、１７の厚みは一定で、主切刃４と前方切削粉排出溝９、１０間に形成されるドリルビット１の回転方向の前方に位置する一定の厚みの前方壁１８、１９よりも厚く、約２倍の厚さに形成される。
【００２８】
この前方壁１８、１９の厚さを後方壁１６、１７の１／２倍とした理由として、後方壁１６、１７の厚さは使用するドリル本体の能力からドリルビット１に加わる最大トルクを算出し決められている。これからすると従来例でも示したように、１／１５の厚さでよいことになる。しかし逆転が可能なドリル本体に装着し、誤って逆回転された場合を考えると、図４に示すように今まで逃げ角βとして機能していた部位が切刃となるため、負荷が減ることになる。一般的に負荷は切刃の角度に比例している。
【００２９】
またすくい角αと逃げ角βを合わせた角度は刃物角度と呼ばれ、コンクリート等の硬脆材を穿孔する場合は強度を持たせるためにほぼ９０度前後に設定されている。
【００３０】
また、すくい角αは欠ける等の問題から最大で３０度前後に設定されるから、逃げ角βは６０度となり、概略正転のときに比べ約１／２の負荷となるからである。
【００３１】
また副切刃５、６と前方切削粉排出溝９、１０間、及び後方切削粉排出溝１１、１２間に形成される板部の厚みを副切刃５、６に対して前記ドリルビット１の回転方向の後方に位置する後方板２０、２１は前方に位置する前方板２２、２３より２倍に厚くしている。これは主切刃４と同様な考え方からである。  
らせん溝７、８は２本からなり、らせん溝７には前方切削粉排出溝９、後方切削粉排出溝１１、らせん溝８には前方切削粉排出溝１０、後方切削粉排出溝１２がつながっている。
【００３２】
以上のように構成されたドリルビット１の動作に付いて説明する。
【００３３】
図示しないドリル工具にドリルビット１を取付け図示しないコンクリート等に下向き穿孔作業を行う。主切刃４は被削材を削り、副切刃５、６は主切刃４の外周端面と協働で外周面に於いて真円に近く穿孔するためのガイド機能を有するとともに、主切刃４と同様に被削材も削っている。今主切刃４について切削粉の排出作用を説明するが、副切刃５、６も同様である。  
図２の太い矢印で示したように、主切刃４の切削作用で生成された切削粉は、まず、主切刃４によって図示しない被削材と前方壁１８、１９間の隙間から前方切削粉排出溝９、１０に送り出され、主切刃４と前方壁１８、１９とでらせん溝７、８へ跳ね上げらる。この時ドリルビット１は図の右から左に向かって回転するので切削粉はらせん溝７、８に沿って図面の右上方に移動、排出される。また、副切刃５、６も同様に前方板２２、２３に比して後方板２０、２１に大きな荷重が加わるので後方板２１、２２の厚みを厚くしているが、主切刃４ほど大きな力は作用しない。また発生する切削粉も主切刃４に比べて切刃の長さに比例して少ない。
【００３４】
しかし、切削粉が短時間で多量に発生する場合は、前方切削粉排出溝９、１０から後方切削粉排出溝１１、１２に回り込み、前方板２２、２３からもらせん溝７、８へ跳ね上げ排出するが、このとき断面積が同じなので切削粉により一部の排出溝内でつまることがなく均等に排出する。
【００３５】
図５は請求項４に関わるものである。前方切削粉排出溝９、１０に面する前方壁１８、１９の一部に溝２５をらせん溝７、８につなげるように穿設した例である。こうすることにより遠心力により切削粉が外周に飛び散るのを防ぎながら溝２５内に切削粉をた保持し、らせん溝７、８に跳ね上げやすくしたものである。なお、溝２５の断面形状はどのような形状であっても良いし、個数はいくらでも構わない。
【００３６】
各壁、板の厚さは一定でなくても良く、例えば主収納溝１３、副収納溝１４、１５の深さ方向に向かうに従って厚さが変化していっても良いし、或いは軸心の中心に向かうに従って厚さが変化しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるドリルビットを示す一部省略正面図である。
【図２】本発明によるドリルビットの先端部を示す一部省略拡大正面図である。
【図３】図２のドリルヘッド側から見た下面図である。
【図４】主切刃の側面図である。
【図５】本発明による他の実施例を示す下面図である。
【図６】従来のドリルビットの先端部を示す一部省略拡大正面図である。
【図７】従来のドリルビットの下面図である。
【図８】従来の他のドリルビットの先端部を示す下面図である。
【図９】図８の先端部を示す一部省略正面模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１はドリルビット、３はドリルヘッド、４は主切刃、５、６は副切刃、７、８はらせん溝、９、１０は前方切削粉排出溝、１１、１２は後方切削粉排出溝、１３は主収納溝、１６、１７は後方壁、１８、１９は前方壁、２０、２１は後方板、２２、２３は前方板、２５は溝である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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