(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端方にダイヤモンドドリルを取着し、基端部を駆動工具の回転軸に取着する、コンクリート等の被切削物に穿孔するための、ダイヤモンドドリル用シャンクユニットであって、
このダイヤモンドドリル用シャンクユニットが、
工具の回転軸側に取着するシャンク部と、
シャンク部の先端方に一体に設けられ円筒状の胴部を有するたコアと、
先端にダイヤモンドドリルを取着するための取着部を備えるとともに、上記コアの外周方に基端部が軸方向に後退自在に配置され、且つ周方向に離れた位置に複数の開口部を備えたスライディング部材と、
上記コアとスライディング部材を軸方向に所定寸法だけ移動可能に且つ両者が一体的に回転するよう連結するべく、基端が前記コアに植設され上記開口部のうちの一つの開口部を外径方へ貫通するトルクキーと、
上記コア外周面から外径方へ延設され残りの開口部まで延びる固定ピンと、
上記固定ピンに下端が保持され上端が該開口部の上端に当接して上記スライディング部材をコアに対して基端側へ押圧するコイルスプリングと、
上記スライディング部材の外周方に同心状に設けられコイルスプリングの外径方向への位置決め機能を奏する円筒状のインナースリーブと、
上記コアとスライディング部材との間に介装され、シャンク部の回転に起因して該シャンク部に対してスライディング部材を先端方へ移動させて、前記コイルスプリングの付勢とあいまって、該スライディング部材を微振動させる微振動手段とを有し、
上記微振動手段が、前記シャンク部側に、前記スライディング部材側の当接面に対峙するよう形成された当接面と、上記スライディング部材側の当接面と、上記二つの当接面のいずれかの面に設けられた微小寸法の段差部と、上記二つの当接面の間に当接して自転且つ公転するよう配置された複数のボールと、これらボールを上記二つの当接面の間に保持するリテーナと、上記ボールの外周面に当接し、上記シャンク部およびスライディング部材と相対的に回転差を有するボール摺接面を備えた駆動部材とを有し、
上記段差部が傾斜面の３箇所に互いに離間して形成され、且つ微振動の振幅範囲が０．２ｍｍ〜０．４ｍｍになるような微小寸法の段差部に形成したことを特徴とするダイヤモンドドリル用シャンクユニット。
【請求項２】
前記二つの当接面の各外周部に、外方に傾斜した傾斜面が形成され、この傾斜面に前記段差部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドドリル用シャンクユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削部にダイヤモンド粒を点在させたダイヤモンドドリル用として最適なダイヤモンドドリル用シャンクユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、切削効率の高さに鑑みて、また、小さな粒のダイヤモンド粒を強固に切削部に点在させる信頼性の高い技術が確立したことから、切削部にダイヤモンド粒を点在させたダイヤモンドドリルが、いろいろな分野で多用されるようになった。
【０００３】
そして、このダイヤモンドドリルの場合には、切刃となるダイヤモンドが熱に弱い特性を有するため、また切り粉の排出と刃先に付着しようとする切り粉の排除を考慮して、切削中、ダイヤモンドドリルの刃先部分に切削用の冷却水を供給しつつ加工をおこなっているのが、一般的であった。
しかしながら、このように、刃先部分に切削水を供給するような湿式のドリルの場合、吸水のための付帯装置等が大がかりとなり、また、冷却水に起因して、切削作業時にその周辺に切り粉が混入した冷却水が飛散して、周辺を汚すと言う点において問題があった。
【０００４】
しかしながら、冷却水を使用しない所謂「乾式」で切削をおこなうと、連続的に重切削をおこなおうとすると、刃先が焼けてしまい、高価なダイヤモンドからなる切刃に損傷を与え、また、刃先を切り粉が包むように付着して、切削性能が低下する。
【０００５】
本発明は、このような状況下においてなされたもので、乾式でおこなっても、ダイヤモンドドリルの刃先が焼けることがなく、且つ切り粉によって切削が妨げられることのない、ダイヤモンドドリル用シャンクユニットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、刃先に０．２〜０．４ｍｍの振幅の微振動を付与すると、切刃を形成するダイヤモンドには損傷を与えず且つ切刃が自生作用で常に良好な状態を保ちつつ切削できるという「現象」を、発明者が長年の研究の結果見つけ出し、この現象に着目してなし得たものであって、本発明にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットは、先端方にダイヤモンドドリルを取着し、基端部を駆動工具の回転軸に取着する、コンクリート等の被切削物に穿孔するための、ダイヤモンドドリル用シャンクユニットであって、
このダイヤモンドドリル用シャンクユニットが、
工具の回転軸側に取着するシャンク部と、
シャンク部の先端方に一体に設けられ円筒状の胴部を有するたコアと、
先端にダイヤモンドドリルを取着するための取着部を備えるとともに、上記コアの外周方に基端部が軸方向に後退自在に配置され、且つ周方向に離れた位置に複数の開口部を備えたスライディング部材と、
上記コアとスライディング部材を軸方向に所定寸法だけ移動可能に且つ両者が一体的に回転するよう連結するべく、基端が前記コアに植設され上記開口部のうちの一つの開口部を外径方へ貫通するトルクキーと、
上記コア外周面から外径方へ延設され残りの開口部まで延びる固定ピンと、
上記固定ピンに下端が保持され上端が該開口部の上端に当接して上記スライディング部材をコアに対して基端側へ押圧するコイルスプリングと、
上記スライディング部材の外周方に同心状に設けられコイルスプリングの外径方向への位置決め機能を奏する円筒状のインナースリーブと、
上記コアとスライディング部材との間に介装され、シャンク部の回転に起因して該シャンク部に対してスライディング部材を先端方へ移動させて、前記コイルスプリングの付勢とあいまって、該スライディング部材を微振動させる微振動手段とを有し、
上記微振動手段が、前記シャンク部側に、前記スライディング部材側の当接面に対峙するよう形成された当接面と、上記スライディング部材側の当接面と、上記二つの当接面のいずれかの面に設けられた微小寸法の段差部と、上記二つの当接面の間に当接して自転且つ公転するよう配置された複数のボールと、これらボールを上記二つの当接面の間に保持するリテーナと、上記ボールの外周面に当接し、上記シャンク部およびスライディング部材と相対的に回転差を有するボール摺接面を備えた駆動部材とを有し、
上記段差部が傾斜面の３箇所に互いに離間して形成され、且つ微振動の振幅範囲が０．２ｍｍ〜０．４ｍｍになるような微小寸法の段差部に形成したことを特徴とする。
【０００７】
しかして、このように構成されたダイヤモンドドリル用シャンクユニットによれば、上記シャンク部が駆動工具によって回転させられると、この回転は連結手段を介してスライディング部材に伝達されるとともに、このスライディング部材の回転によって微振動手段が微振動をおこし、シャンク部に対してスライディング部材を軸方向に後退動作させることによって、該スライディング部材を微振動させることができる。従って、このスライディング部材の先端にダイヤモンドドリルを取着しておくと、ダイヤモンドドリルは回転するとともに、その際微振動を起こし、微振動中の該スライディング部材がシャンク部に対して後退動作したときに、刃先と被切削物との間の僅かの隙間に、切り粉が入り込むことにより、刃先のダイヤモンドで形成される切刃に、強い自生作用が生じる。この結果、ダイヤモンドドリルは、振動により刃先に損傷を受けることがなく、しかも切り粉を有効に排出することができ、自生作用によって形成される切刃によって常に効果的に切削することが可能となる。また、微振動により強い自生作用が生じるが、この自生作用は、従来のものに比べて刃先の回転数を下げても依然継続して生ずることから、この結果、回転数を下げた状態での良好な切削が可能となり、従って、回転数の低減により、発熱によるダイヤモンドの「焼け」を防止することができる。なお、この明細書において、「微振動」とは、０．２０〜０．４０ｍｍ程度の範囲内の振幅の振動を言い、駆動工具の把手を握っていても、振動していることの実感がない程度の振動となる。なお、これ以上振幅が大きくなると、ダンヤモンドの刃先に損傷を与える可能性が生じ、また、これ以下の振幅だと上述した本発明の特有の顕著な効果が得難い。
【０００８】
本発明にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットにおいて、上記微振動手段が、シャンク部側にスライディング部材側の当接面に対峙するよう形成された当接面と、上記スライディング部材側の当接面と、上記二つの当接面のいずれかの面に設けられた微小寸法の段差部と、上記二つの当接面の間に当接して自転且つ公転するよう配置された複数のボールと、これらボールを上記二つの当接面の間に所定の状態を維持して保持するリテーナと、上記ボールの外周面に当接し、上記シャンク部およびスライディング部材と相対的に回転差を有するボール摺接面を備えた駆動部材とを有するような構成であると、微振動を生じさせる起振手段としては、耐久性のある且つコンパクトに実施できるシンプルな構成となる点で、好ましい形態となる。
【０００９】
また、本発明にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットにおいて、上記二つの当接面の各外周部に、外方に傾斜した傾斜面が形成され、この傾斜面に上記段差部が形成されているような構成にすることができ、かかる場合には、加工し易い且つボールを常に外周側に安定して位置せしめる構成となる。
【００１０】
また、本発明にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットにおいて、上記段差部が傾斜面の３箇所に互いに離間して形成され、且つ微振動の振幅範囲が略０．２〜０．４ｍｍになるような段差部に形成されていると、上述した振幅の振動が得られる好ましい構成となる。
【００１１】
また、本発明にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットにおいて、上記付勢手段がコイルスプリングであって、該コイルスプリングの外周方に、該コイルスプリングをカバーするインナースリーブを配置した構成にすると、該コイルスプリングが回転によってその外周にある部材と接触するのを防止でき、特に、ダイヤモンドドリルの場合、３０００〜５０００ｒｐｍの高速回転となるため、コイルスプリングの上記接触による磨耗あるいは発熱等が効果的に防止できる構成となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットついて、図面を参照しながらより具体的に説明する。
図１（ａ）はダイヤモンドドリルを先端に取着した本発明の実施例にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットを軸中心から右半分を断面して内部の構造を表した図、（ｂ）はダイヤモンドドリルの先端方の構成を示す（ａ）のＩ−Ｉ矢視図、図２は内部の構造を表すべく図１（ａ）に示すダイヤモンドドリル用シャンクユニットの右半分を、図１（ａ）とは周方向において９０度異なる面で断面して示した図、図３は図２の III−III 矢視図、図４（ａ）は図２のIV−IV矢視図、（ｂ）はスライディングヘッドの上端面と傾斜面のみを示すｂ矢視で断面した断面図である。
【００１３】
図１において、Ａはダイヤモンドドリル用シャンクユニット、Ｂはダイヤモンドドリル用シャンクユニットの取着部に取着されるダイヤモンドドリルである。そして、このダイヤモンドドリル用シャンクユニットＡは、先端部（図１（ａ）において左方）にスライディングヘッド（請求項の「スライディング部材」に相当）１が配置され、このスライディングヘッド１の先端方には、ダイヤモンドドリルＢを取着するための連結部１ａが形成されている。この連結部１ａには、おねじ部１ｒが形成され、このおねじ部１ｒにダイヤモンドドリルＢの取着部に形成されているめねじ部が螺合する。
そして、このダイヤモンドドリル用シャンクユニットＡは、基端部（図１（ａ）において上方）に、該基端部を駆動工具（例えば、電動ドリルあるいは空圧ドリル等）の回転軸に取着（連結）するための、シャンク部２を有する。正確には、このシャンク部２は、駆動工具に対して、該駆動工具側のチャックあるいはコレット等の取着手段を介して取着される。そして、このシャンク部２は、先端部に別体として製造されたコア３を一体になるように螺着しているが、別の実施例として、コア３をシャンク部２と予め一体に形成してもよい。このコア３は、図３に図示するように、円筒状の胴部３ａを有し、この胴部３ａの外周方には、上記スライディングヘッド１の基端部１ｂが軸方向（図１において上下方向）に所定寸法だけ摺動可能に、同芯円状に配置されている。そして、該スライディングヘッド１の上記コア３の胴部３ａと摺接する部分には、矩形断面の開口部１ｃが形成されており、この開口部１ｃを貫通するよう、基端が上記コア３の胴部３ａに植設（固着）された全体形状が直方体状のトルクキー４が配設されている。この実施例では、上記トルクキー４は、図３に図示するように、上記胴部３ａに、断面視において周方向に１８０度間隔で、２箇所植設されている。これらトルクキー４の外周端（外周面）には、円筒状のインナースリーブ５がその内周面との間に、隙間が形成されるような状態で配置されている。このインナースリーブ５は、後述するコイルスプリングＳの外径方向への位置決め機能を果している。また、図３あるいは図２に図示するように、上記開口部１ｃに対して断面視において周方向に９０度ずれた位置には、別の開口部１ｄがコア３に形成され、この開口部１ｄの下端部には、固定ピン６がコア３外周面から外径方に延設され、コイルスプリングＳの下端を保持している。この固定ピン６の外周端とインナスリーブ５との間には隙間が形成されている。このコイルスプリングＳは、上記開口部１ｄ内に位置して、上端が上記スライディングヘッド１の該開口部１ｄの上端に当接して、コア３に対して該スライディングヘッド１を基端側に押圧している。
また、上記インナースリーブ５には内方に向けて位置決めピン７が固設され、この位置決めピン７は該インナースリーブ５を上記スライディングヘッド１に固定している。
また、上記スライディングヘッド１の上端面１ｕの外周縁部には、図１，２あるいは図４（ｂ）に図示するような外方に向かって下がる傾斜面１ｆが形成されるとともに、その傾斜面１ｆの周方向の３箇所には、微振動（振幅がこの実施例の場合略０．３５ｍｍの微振動：傾斜面１ｆの角度によって振幅は変化する）を生じさせるための、微小寸法（この実施例では略「０．３ｍｍ」）の段差部１Ｂが形成されている。また、上端面１ｕと軸方向に対峙するようコア３側の当接面３ｄが形成され、この当接面３ｄの外周部に、上記傾斜面１ｆに対応する略同じ傾斜角からなる傾斜面３ｆを有する。そして、上記上端面１ｕと当接面３ｄの間、より正確には、上記傾斜面１ｆと傾斜面３ｆとの間には、鋼球（ボール）８が周方向に３箇所配設され、該鋼球８をその位置状態が保持されるようリング状のリテーナ９が配設されている。このリテーナ９は、リング状の周方向３箇所に、軸方向（軸芯方向）に貫通する保持穴８ａが形成されることによって、上記鋼球８を所定位置に保持する。また、リテーナ９の幅、つまり径方向の寸法は、上記鋼球８の径より小さく、この実施例では略１／２程度の寸法に構成することによって、鋼球８が上記傾斜面１ｆ，３ｆ間で保持された状態において、該鋼球８の外周面８ｂがリテーナ９から外径方に突出した状態となるように構成されている。そして、この突出した鋼球８の外周面８ｂに内周面１０ｂが当接するよう、円筒状のアウタスリーブ１０が配設されている。そして、このアウタスリーブ１０の上下端部には、上端ではコア３との間、下端ではスライディングヘッド１との間において、相対的にスライディングヘッド１およびコア３を、アウタスリーブ１０に対して、相対的に回転自在に連結（保持）する、メタル軸受け１１Ａ，１１Ｂが配設されている。
また、このアウタスリーブ１０の下端には、アウタスリーブ１０とスライディングヘッド１との間に塵芥（切り粉等）が侵入するのを防止する、スライディングヘッド１との間にゴム性の保護カバー１２が配設されている。
【００１４】
なお、図５に図示するように、上記アウタスリーブ１０の外周面には、該アウタスリーブ１０の回転を阻止し、鋼球８に自転と公転を与えるための回り止めロッド１４が配置されている。また、図２，図５において、参照番号１５は鋼球８の摺接部分にグリースを供給するためのグリースニップルを示す。
【００１５】
しかして、このように構成された本ダイヤモンドドリル用シャンクユニットＡは、以下のように作用する。即ち、
ダイヤモンドドリルによって、コンクリート等を穿孔しようとする場合、まず、ダイヤモンドドリル用シャンクユニットＡの取着部１ａにダイヤモンドドリルＢを螺着する。そして、電動式ドリル等の駆動工具に上記ダイヤモンドドリル用シャンクユニットＡのシャンク部２を取着すれば、穿孔の際に、以下のように、ダイヤモンドドリルに微振動が付与される。具体的には、上記シャンク部２が、駆動工具（図示せず）の回転軸によって回転させられると、該シャンク部２と一体に螺着されているコア３が該シャンク部２と一体に回転するとともに、トルクキー４を介して、スライディングヘッド１も同様に回転する。この際、ダイヤモンドドリルＢがコイルスプリングＳのスプリング力に抗して被穿孔物側に押圧されると、その押圧力によって、上記鋼球８が、上記対峙する上記上端面１ｕの傾斜面１ｆと当接面３ｄの傾斜面３ｆによって、外径方に押し出された状態となる。このため、鋼球８は、アウタスリーブ１０の内周面１０ｂと当接（摺接）した状態となる結果、該鋼球８はアウタスリーブ１０によって自転および公転させられて、傾斜面１ｆ，３ｆに対して相対的に回転する。この回転の際、傾斜面１ｆに形成されている段差部１Ｂによって、上記コイルスプリングＳの押圧力と相まって、軸方向にも往復動的に移動（微振動）する。この結果、この鋼球８と上記傾斜面１ｆで当接しているスライディングヘッド１が軸方向に微振動することになる。このため、スライディングヘッド１先端に一体的に取着されているダイヤモンドドリルＢが、回転とともに軸方向への微振動を起こす。該微振動下において、該スライディングヘッド１がシャンク部２（コア３）に対して軸方向に後退動作したときに、ダイヤモンド粒の刃先と被切削物との間の僅かの隙間に、切り粉が入り込むことにより、刃先のダイヤモンドからなる切刃に、強い自生作用が生じる。
この結果、ダイヤモンドドリルは、微振動であることに起因して、刃先に損傷を受けることがないことは勿論、上記自生作用によって形成されるシャープな切刃によって、常に良好な状態で切削することが可能となる。また、上記微振動によって切り粉を有効に外部に排出することができ、上記自生される切刃と相まって、乾式のダイヤモンドドリルによっても、高効率の切削が可能となる。
【００１６】
なお、微振動の振幅については、本実施例では、略０．３５ｍｍであるが、０．２〜０．４ｍｍ程度の範囲であれば、本願発明の所望の作用効果を得ることができるものと思料する。従って、上記段差部１Ｂの寸法あるいは上記傾斜角１ｆを適宜変更することによって、上記振幅の微振動を得るよう構成することになる。
【００１７】
また、上記実施例に代えて、図６に図示するように、シャンク部２のコア３側の連接部分の寸法を延設して、この延設した部分に、シャンク部２に対して、回転自在にカプラー２０を配設するとともに、このカプラー２０から先端側に向けて、通気穴２２を、シャンク部２，コア３，スライディングヘッド１にかけて形成することによって、ダイヤモンドドリルＢの軸中心に形成された通気穴２３と連通させて、先端の切削屑をこれら通気穴２３，２２を介して、カプラー２０から外部の図示しないダスト吸収装置に吸引するよう構成してもよい。かかる場合には、塵芥を周囲に飛散させることなく穿設作業ができる点で好ましい構成となる。なお、この実施形態も図１に示す実施形態と発明の効果を奏するための基本的構成は同じである。
【００１８】
【発明の効果】
本発明にかかるダイヤモンドドリル用シャンクによれば、乾式のダイヤモンドドリルを用いても、ダイヤモンドドリルの刃先が焼けることがなく、且つ切り粉によって切削が妨げられることのない、高効率の切削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例にかかるダイヤモンドドリル用シャンクの構成を示す図で、（ａ）はダイヤモンドドリルを先端に取着した本発明の実施例にかかるダイヤモンドドリル用シャンクユニットを軸中心から右半分を断面して内部の構造を表した図、（ｂ）はダイヤモンドドリルの先端方の構成を示す（ａ）のＩ−Ｉ矢視図である。
【図２】  内部の構造を表すべく図１（ａ）に示すダイヤモンドドリル用シャンクユニットの右半分を、図１（ａ）とは周方向において９０度異なる面で断面して示した図である。
【図３】  図２の III−III 矢視図である。
【図４】  微振動発生部分の構成示す図で、（ａ）は図２のIV−IV矢視図、（ｂ）はスライディングヘッドの上端面と傾斜面のみを示すｂ矢視で断面した断面図である。
【図５】  回り止めロッドの取着状態を示す図２のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】  他の実施形態のダイヤモンドドリル用シャンクユニットの構成を示す先端にダイヤモンドドリルを取着した状態で右半分を断面した図である。
【符号の説明】
Ａ……ダイヤモンドドリル用シャンクユニット
Ｂ……ダイヤモンドドリル
Ｓ……コイルスプリング
１……スライディングヘッド
１ａ……取着部
２……シャンク
【図１】
0003894690.tif 000002
【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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