(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的な金属材料から複数の鍛造部品を鍛造する方法において、金属材料が長手方向下流へ進むように金属材料を所定直線距離だけ漸増的に前進させる漸増漸進工程と、金属材料の先端部分が把持されて固定位置に保持される毎に該把持されている金属材料先端部分よりも上流の金属材料部分を鍛造する鍛造工程と、前記固定位置よりも上流の金属材料部分が長手方向上流へ移動するのを許容することによって鍛造工程中に生じる金属材料の長手方向の伸びを補償する補償工程とを具備する鍛造方法。
【請求項２】
漸増漸進工程後であって鍛造工程前に金属材料の先端部分が把持されて固定位置に保持される請求項１に記載の鍛造方法。
【請求項３】
金属材料周りに複数の型が径方向に閉じ合わされることによって把持されている金属材料先端部分よりも上流の金属材料部分が鍛造され、これら閉じ合わされた型が鍛造された金属材料部分の最終的な形状に対応する形状をなすキャビティを画成すると共に鍛造工程中に金属材料が貫通延在する入口ポートと出口ポートとを画成する請求項１に記載の鍛造方法。
【請求項４】
前記型が長手方向に移動可能な搬送体に取り付けられており、鍛造中の金属材料部分と把持されている金属材料先端部分との間の金属材料部分の長手方向の伸びによって前記搬送体が長手方向上流へ移動せしめられることによって鍛造工程中に型が同じ金属材料部分周りで閉じ合わされたままとなるように前記金属材料部分の長手方向の伸びが補償される請求項３に記載の鍛造方法。
【請求項５】
上流への前記搬送体の過剰な移動を防止すると共に鍛造工程が終了する毎に前記搬送体が初期の位置に戻されるように前記搬送体が長手方向に付勢されている請求項４に記載の鍛造方法。
【請求項６】
鍛造されるべき金属材料部分が鍛造された後に前記型が半径方向に開かれ、金属材料が漸増的に前進可能なように把持されている金属材料先端部分が解放され、別の鍛造部品を鍛造すべく当該鍛造方法の各工程が繰り返される請求項３に記載の鍛造方法。
【請求項７】
把持されている金属材料先端部分を越えて下流へ延在する金属材料部分から鍛造された金属材料部分が切断されることによって該鍛造された金属材料部分が鍛造部品へと分離される請求項１に記載の鍛造方法。
【請求項８】
金属材料の先端部分が把持されているときに鍛造された金属材料部分に識別記号が刻印される請求項１に記載の鍛造方法。
【請求項９】
鍛造部品がスペード型穿孔バイトである請求項１〜８のいずれか一項に記載の鍛造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の鍛造方法に従って連続的な金属材料から複数の鍛造部品を鍛造する鍛造装置において、金属材料が当該鍛造装置を通って長手方向下流へ前進するように所定直線距離だけ金属材料を漸増的に前進させるための割出し手段と、金属材料が漸増的に前進される毎に鍛造されるべき金属材料部分を鍛造するための鍛造手段と、鍛造中の金属材料部分よりも上流にある金属材料部分が長手方向上流へ移動するのを許容することによって鍛造中に生じる金属材料の長手方向の伸びを補償する補償手段とを具備する鍛造装置。
【請求項１１】
前記鍛造手段が金属材料周りに半径方向に配設される複数の型と、これら型を半径方向に金属材料周りへと閉じ合わせる手段とを有し、これら複数の型が鍛造された金属材料部分の最終的な形状に対応する形状をなすキャビティを画成すると共に鍛造されるべき金属材料部分が鍛造されているときに金属材料部分が貫通延在する入口ポートと出口ポートとを画成する請求項１０に記載の鍛造装置。
【請求項１２】
金属材料が漸増的に前進せしめられる毎に鍛造中の金属材料部分よりも下流にある金属材料の先端部分を把持して固定位置に保持する把持手段をさらに具備する請求項１１に記載の鍛造装置。
【請求項１３】
前記補償手段が前記型が取り付けられた搬送体を有し、該搬送体が鍛造中の金属材料部分と把持されている金属材料先端部分との間の金属材料部分の長手方向の伸びによって長手方向上流へ移動せしめられる請求項１２に記載の鍛造装置。
【請求項１４】
前記補償手段が上流への前記搬送体の過剰な移動を防止すると共に鍛造が終了する毎に前記搬送体が初期の位置に戻されるように前記搬送体を下流へと付勢するための付勢手段をさらに有する請求項１３に記載の鍛造装置。
【請求項１５】
把持されている金属材料先端部分を越えて下流へ延在する金属材料部分から鍛造された金属材料部分を切断することによって鍛造された金属材料部分を鍛造部品へと分離するための切断手段をさらに具備する請求項１２に記載の鍛造装置。
【請求項１６】
前記鍛造手段よりも上流で金属材料をまっすぐにするための手段と、前記鍛造手段よりも下流で該鍛造手段によって生じたばりを鍛造部品からトリミングするトリミング手段と、前記切断手段よりも下流で鍛造部品を加熱処理する加熱処理手段と、該加熱処理手段よりも下流で鍛造部品の表面を仕上げる仕上げ手段と、該仕上げられた鍛造部品を前記仕上げ手段よりも下流で梱包する手段とをさらに具備する請求項１５に記載の鍛造装置。
【請求項１７】
前記把持手段が鍛造された金属材料部分に識別記号を刻印するための刻印手段を有する請求項１２に記載の鍛造装置。
【請求項１８】
被加工片から所定形状の鍛造部品を鍛造する鍛造方法において、最終的な鍛造部品の形状をなすキャビティを間に画成するように互いに対向する鍛造型を被加工片に接触させるように所定方向の半径方向内方へ移動させてこれら鍛造型を半径方向に閉じる工程と、半径方向に閉じる前記鍛造型によって被加工片に軸心方向の力と半径方向の力とを付与し、これら鍛造型によって画成されるキャビティの形状になるまで被加工片を外側へ変形させるように被加工片の内部に圧縮力と剪断力とを発生させて被加工片を鍛造する鍛造工程とを具備し、圧縮力と剪断力とが被加工片の内部に発生せしめられているときに前記鍛造型を収容して周りを囲む型ハウジングによって前記鍛造型が構造的に補強されている鍛造方法。
【請求項１９】
前記鍛造型が半径方向に閉じられる間、これら鍛造型が予め定められたように位置合わせされた状態に維持される請求項１８に記載の鍛造方法。
【請求項２０】
前記鍛造型と共に円錐状の型アセンブリを形成する側部型が前記鍛造型によって画成される側部表面それぞれに隣接するように配置され、前記円錐状の型アセンブリを収容するために該型アセンブリと相補形状の円錐状に前記型ハウジングに形成されている孔内に前記型アセンブリが配置され、前記鍛造型が予め定められたように位置合わせされた状態に維持されつつ前記鍛造型と側部型とが半径方向に閉じられるように型アセンブリが型ハウジングの孔内に挿入される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の鍛造方法における鍛造工程を行うための鍛造装置において、間に最終的な鍛造部品の形状に対応する形状をなすキャビティを画成する互いに対向する鍛造型を具備し、これら鍛造型のうち少なくとも１つが被加工片に接触して該被加工片を最終的な鍛造部品へと成形するためのキャビティの一部を画成する接触表面を有し、該接触表面が接触平面を画成すると共に他方の鍛造型の比較的平坦な部分に対向しつつ該平坦な部分に平行な少なくとも１つの比較的平坦な部分を有し、当該鍛造装置が前記鍛造型を収容して周りを囲む内部キャビティを画成する型ハウジングをさらに具備し、前記鍛造型を所定方向の半径方向内方へ移動させるように前記鍛造型が前記型ハウジング内に挿入されたときに前記鍛造型が半径方向に閉じ合わされ、前記接触表面が被加工片の少なくとも一部分に軸心方向の力と径方向の力とを付与して被加工片の内部に圧縮力と剪断力とを発生させると共に前記鍛造型間に画成されたキャビティ内で最終的な鍛造部品を成形するように前記所定方向が前記接触表面によって画成される接触平面に対して傾斜しており、前記鍛造型が前記型ハウジング内へ挿入されるときにかかる力に抗するように前記型ハウジングが前記鍛造型を補強している鍛造装置。
【請求項２２】
前記鍛造型が半径方向に閉じ合わされる間、該鍛造型を予め定められた位置合わせされた状態に維持するための維持手段をさらに具備する請求項２１に記載の鍛造装置。
【請求項２３】
前記鍛造型が側部表面を画定し、前記維持手段が一対の側部型を有し、これら側部型が前記鍛造型によって画定される側部表面にそれぞれ隣接するように配置される請求項２２に記載の鍛造装置。
【請求項２４】
前記鍛造型と側部型とが円錐状の型アセンブリを形成し、該型アセンブリを収容するために前記型ハウジングに形成された孔が該孔内へ前記型アセンブリを挿入することによって前記鍛造型と側部型とが半径方向に閉じられるように前記型アセンブリと相補形状をなす円錐状である請求項２３に記載の鍛造装置。
【請求項２５】
前記鍛造型の接触平面と前記所定方向に直交する基準平面とが約５°〜約２０°の角度をなす請求項２１に記載の鍛造装置。
【請求項２６】
被加工片が連続的な金属材料であり、所定形状の複数の鍛造部品が鍛造されるように前記鍛造型が金属材料が貫通延在する入口ポートと出口ポートとを画成する請求項２１に記載の鍛造装置。
【請求項２７】
前記鍛造型がＭ４高速鋼からなる請求項２１に記載の鍛造装置。
【請求項２８】
前記型ハウジングがＭ４高速鋼からなる請求項２１に記載の鍛造装置。
【請求項２９】
直径が少なくとも１．１１ｃｍの鍛造部品を鍛造するための鍛造装置であって、前記接触平面と前記所定方向に直交する基準平面とが約１０°の角度をなす請求項２１に記載の鍛造装置。
【請求項３０】
直径が１．１１ｃｍ未満の鍛造部品を鍛造するための鍛造装置であって、前記接触平面が前記所定方向に直交する平面に対して平行である請求項２１に記載の鍛造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は穿孔バイト、ならびに穿孔バイトのようなの金属部品成形方法および装置に関し、特にスペード型穿孔バイト、ならびにスペード型穿孔バイトのような金属部品を成形する鍛造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、スペード型穿孔バイトを“スペードバイト“と称するがスペードバイトは一般的に木材または他の材料の穿孔また中刳り(なかぐり)を行なうために使用される。スペードバイトは通常、大量の木材または他の材料を除去することにより比較的大径の孔を穿(うが)つために使用される。例えば家屋の建築を行なう場合、近接する間柱を通して整列された一連の孔をスペードバイトで穿ち、これに水道管または配線を通すことが多い。
【０００３】
図１に示したように従来のスペードバイト１は長手軸心３を画成する長寸シャンク２を有する。シャンク２の前端にはブレード部４が接合され、シャンク２の前端とは反対側の後端は穿孔中に穿孔装置により受容され且つ支持される。ブレード部４は略々平坦であり、図２に示したようにブレード部４を有する平面内に存在すると共に長手軸心を通って延伸する中心線５を画成している。またブレード部４は相互に逆方向に延伸する一対の側部セグメント６を有する。例えば1957年2月26日発行のRobinsonの米国特許第2,782,824号、1987年7月28日発行のWilliams,IIIの米国特許第4,682,917号、1990年8月21日発行のThomasの米国特許第4,950,111号、1991年10月29日発行のThomasの米国特許第5,061,127号、1994年2月15日発行のSchimkeの米国特許第5,286,143号、および、1984年6月13日公開の英国特許公開公報第2,130,935A号を参照されたい。従来のスペードバイトはブレード部の前端に接合されると共に該前端から軸心方向に延伸してこれと共面的になる略三角形のスパー(spur)、すなわち突起部７を有する。当業者には公知のように突起部７は穿孔中にスペードバイトを案内すると共に該スペードバイトのセンタリングを行なう役割を果たす。
【０００４】
突起部７および各側部セグメント６は夫々が切削縁８を備え、スペードバイト２が穿孔中に所定方向に回転する際に木材または他の材料を除去することになる。特に突起部７の切削縁８はブレード部４の前端において該突起部７自身の基部の各側に沿って延伸し、これが突起部７の最先端部、すなわち突起点に至る。さらに各側部セグメント６の切削縁８はブレード部４の前端に形成され、スペードバイトが所定方向に回転されるときに側部セグメント６の切削縁８が被加工片に係合する。
【０００５】
作動時、突起部７の切削縁８は先ず被加工片に案内孔を穿ち、その後、側部セグメント６の切削縁８が被加工片に係合して材料を除去し、これにより所定径の孔を穿つ。図２に示したように従来のスペードバイト２の突起部７は略平坦な側部セグメント６と通常的には共面的であるので略三角形の突起部７の切削縁は近傍の側部セグメント４の切削縁８に隣接している。斯くして三角形の突起部７の切削縁８と自身近傍の側部セグメント６の切削縁８とを夫々有する一対の連続的な切削縁８が形成される。例えばRobinsonの米国特許第2,782,624号；Williams,IIIの米国特許第4,682,917号；1993年6月22日に発行されたBothumの米国特許第5,221,166号；Schimkeの米国特許第5,286,143号；および、1994年3月8日に発行されたBothumの米国特許第5,291,806号を参照されたい。
【０００６】
一方、穿孔中に生じた切削屑は一般的には切削面に沿って径方向に向けられると共に形成されつつある孔の外周に向けられるがこれはスペードバイトの切削縁および回転の向きによる。しかしながら突起部の切削縁とその近傍の側部セグメントとが交差する点により形成される角部の近傍における切削屑を除去することは容易でない。切削屑は突起部の切削縁および近傍側部セグメントの切削縁により画成される角部に蓄積してしまう。なぜならば切削屑は交差する切削縁による角部から排除されないからである。斯かる切削屑の蓄積により突起部と近傍側部セグメントとの両者の切削縁により画成された角部の近傍の切削縁が被加工片に切り込んでそこから材料を除去することは容易でなくなる。突起部の切削縁と近傍側部セグメントの切削縁との間の角部に切削屑がいったん蓄積されるとスペードバイトを回転させて被加工片に孔を穿つためには更なる動力またはトルクを付与しなければならない。
【０００７】
また切削屑は側部セグメントの切削縁に沿って径方向外方に向けられるので更なる問題が生ずる。それは成形されつつある孔の周壁に向けて切削屑が付勢されるのでこの周壁と回転ブレード部の外縁とを結着させてしまうという問題である。この結着により穿孔装置の電力消費はさらに増大することになる。
【０００８】
図２に示したようにこれらの問題の主な原因はセグメント６の各側の切削縁８が長手軸心３を通る中心線５と一致していないことによる。各切削縁８はスペードバイト１の所定回転方向において中心線５の進行側に配置されている。このように切削縁８が中心線５の進行側に置かれているので切削屑は切削縁から円周方向のみに向けて排出されることはない。その代わりにスペードバイトの回転により切削屑には径方向の力成分が加えられるので切削屑は上述したように周壁に向けて押しやられる。
【０００９】
一方、従来のスペードバイトでは穿孔中に被加工片を破砕する可能性がある。特に従来のスペードバイトは被加工片への進入点および出口点で被加工片を破砕し、比較的粗い側壁を有する孔を形成し、最終的な孔の品質と無欠陥性(cleanliness)を損なう可能性がある。多くの場合、側壁が粗くて破砕されている孔よりも比較的高品質で欠陥のない孔が好ましい。例えば側壁が欠陥のない滑らかである孔には配線を容易に通すことができる。なぜならば側壁が粗くて破砕されている孔では引っ張られる配線の摩擦抵抗が増大し、ときには孔を通して引張られる配線を囲繞する絶縁体が切断されたり損傷したりするからである。
【００１０】
また通常、スペードバイトは加熱鍛造方法により形成される。この方法によれば巻回された所定径の線状材料をセグメントにカットし、その各々の長さを個々のスペードバイトの長さに略々等しくする。次いで各セグメントは加熱され、当該セグメントの第一端において径が増大せしめられた材料部材を形成し、すなわち第一端における短い長さに亘って径が増大せしめられた球状(bulb)の材料とされる。その後、加熱された球状材料を対向する一対の型間で圧縮することにより、セグメントは加熱鍛造される。通常、これら対をなす型は直線的に相互接近され、加熱された球状材料は圧縮力を加えられて、型により画成された所定形状内に付勢される。次いで鍛造された部材が縁取りされるとともに仕上げられ、上述したようなスペードバイトが生成される。またスペードバイトの製造中に該スペードバイトに識別記号を刻印することも可能である。しかしながら最初に線状材料をカットする場合、各部材は加熱鍛造工程を通して個々に取扱い処理されねばならない。例えば個々の部材は工程の各段階の間に適切に整合し、形成されるべきスペードバイトが所定誤差範囲内に入ることを確実にしなければならない。
【００１１】
さらにスペードバイトを形成する方法の如何に関わらず、スペードバイトの性能は幾つかのパラメータにより測定されるのが通常である。斯かるパラメータの１つとはスペードバイトが形成する孔の品質であり、これは形成された孔の進入点および出口点の無欠陥性と、孔の側壁の相対的な平坦さとを有する孔の無欠陥性と定義される。またスペードバイトを評価測定する上では所定径の孔を切削する速度、ならびに所定径の孔を切削するのに必要な動力またはトルクが使用される。最後にスペードバイト自身の寿命、すなわち耐久年数は使用時間または作動時間により測定されるパラメータとされるのが通常である。したがって最小限の動力またはトルクにより高品質の孔を迅速に穿つ長寿命のスペードバイトを開発することが望ましい。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は上述した状況に鑑み、スペードバイトのような複数の金属部品を製造する方法および装置を改良し、個々の部品に必要とされる取扱いおよび処理を相当に減少することにある。
【００１３】
本発明の目的は改良されたスペード型穿孔バイトを提供することにある。
【００１４】
本発明の別のさらに詳細な目的は穿孔されるべき被加工片の破砕を減少することにより最終的な孔の品質と無欠陥性とを増大しうる形状を有する改良されたスペード型穿孔バイトを提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに詳細な目的は突起部の切削縁と側部セグメントの切削縁との間の切削屑の蓄積を回避すると共に形成されつつある孔の周壁に対する切削屑の径方向外方への移動を回避することにより穿孔装置の動力消費を結果的に減少させる形状を有する改良されたスペード型穿孔バイトを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
また本発明は連続的な線状材料などの連続長の金属材料からスペード型穿孔バイトなどの複数の部品を鍛造する方法および装置を有する。鍛造方法は連続的な金属材料が下流方向の長手方向に進むように該金属材料を割出し(indexing)手段などで所定直線距離だけ漸増的に進める工程を有する。連続的な金属材料の先端は金属材料の漸増的な前進毎に把持され、これにより先端部は固定位置に保持される。さらに鍛造工程の間に生じた連続的な金属材料の長手方向の伸びは上記固定位置の上流の連続的な金属材料の一部が長手方向上流側に移動することを許容することで補償される。
【００１７】
連続的な金属材料はその周りの複数の型を径方向に閉じ合せることにより鍛造するのが好適である。閉じ合わされた複数の型は所定形状のキャビティを画成する一方、該キャビティは線状材料の鍛造部の最終形状を画成する。さらに閉じ合わされた複数の型は鍛造工程の間に連続的な金属材料が貫通延伸する進入点および出口点をも画成する。
【００１８】
上記複数の型は長手方向に移動し得る搬送体(carriage)上に載置されるのが好適である。特に搬送体の取付は複数の型が径方向に閉じ合わせられるべき連続的な金属材料の鍛造部分と把持される金属材料の先端部との間の長手方向の伸びが該搬送体を上流の長手方向に移動せしめるようにするのが好適である。故に鍛造工程の間、複数の型は金属材料の同一の箇所周りで閉じ合わされることになる。また搬送体は好適には長手方向に付勢され、該搬送体の上流方向への過剰な移動が阻止されると共に該搬送体は鍛造工程が終了する毎に初期位置に復帰せしめられる。
【００１９】
金属材料の一部が鍛造された後、複数の型は径方向に開かれると共に金属材料は解放され、したがって連続的な金属材料を鍛造方法の反復に先立って漸増的に前進せしめることができる。鍛造がいったん行われれば連続的な金属材料の把持された先端部を越えて延在する該金属材料の一部は切断されて鍛造された金属材料は複数の独立部材へと分離される。さらに把持工程においては既に鍛造された部分に識別記号を刻印することも可能である。
【００２０】
したがって本発明の鍛造方法は連続的な金属材料から本発明のスペードバイトのような複数の部品を製造することができる。該鍛造方法の効率および該方法により成形される部品の品質は高い。なぜならば鍛造中に個々の部品を取り扱う必要がないからである。仮に個々の部品を取り扱えば普通は不整列となる可能性が増大し、製造工程の間の誤差制御が満足に行なわれない。
【００２１】
本発明の別の特徴は所定形状のキャビティを協働画成すべく対向された鍛造型により被加工片から所定形状の部品を鍛造する方法および装置を有する。少なくとも１個の鍛造型は接触表面を有し、該接触表面はキャビティの一部を形成すると共に被加工片を所定形状の最終部品に成形する。夫々の接触表面は少なくとも１個の比較的平坦な部分を有し、該部分は他の型の比較的平坦な部分と平行となるように対向する接触平面を画成する。
【００２２】
本発明のこの特徴によれば対向する鍛造型同士はそれらが型ハウジングにより画成される内部キャビティ内にラム(ram)などにより挿入されると同時に径方向に閉じ合わされる。鍛造型が挿入される型ハウジングは鍛造工程の間、鍛造型対を円周方向に囲繞すると共に構造的な補強を行なう。
【００２３】
したがって典型的には一対の鍛造型である鍛造型は対向する接触表面により画成される夫々の接触平面に対して傾斜しつつ所定方向において径方向内方に移動される。したがって夫々の接触表面は被加工片の少なくとも部分的箇所に軸心方向および径方向の力を加え、これにより対向した鍛造型対の間に画成されたキャビティ内で所定形状の部品を成形する。接触表面と、加えられる軸心方向および径方向の力の結果的な配向とにより、被加工片の内部には好適に配向された応力が発生し、所定形状の部品の効率的な成形が促進される。
【００２４】
鍛造型の所定の整列を保持するために本発明のこの特徴に係る鍛造装置は鍛造型により画成される対向する各側部表面に近接配置された側部型を好適に有する。この実施例によれば鍛造型と一対の側部型とは型ハウジングにより画成される内部円錐キャビティにより受容される円錐型アセンブリを形成する。本発明のこの特徴に係る対向する鍛造型は複数の部品を鍛造すべく連続的な金属材料が貫通延在する進入ポートおよび排出ポートをも画成する。
【００２５】
本発明のこうした特徴に係る鍛造方法および装置は被加工片を変形せしめる軸心方向および径方向の力を同時に使用するものである。したがって比較的に大径でありながらも薄肉である部品であっても、本発明のこの特徴によれば容易に鍛造することができる。さらに所定寸法および形状の部品を鍛造するに必要な動力は従来の圧縮式鍛造方法と比較して減少されるがこれは型ハウジング内で鍛造型を回転することにより被加工片の内部の所望の位置に力を加えることにより実現される。
【００２６】
本発明の上記目的およびその他の目的は中心長手軸心を画成する長寸シャンクと、該シャンクの一端に接合されると共に上記中心長手軸心から相互に逆向きに側方に延伸するウイングのような略平坦な一対の側部セグメントとを有するスペード型穿孔バイトにより達成される。１つの好適実施例によれば側部セグメントは夫々、中心長手軸心を通る中心線に沿って相互に整列された前部切削縁を有する。このように中心長手軸心を通る中心線に沿って前部切削縁が整列されているので切削屑は径方向外方への移動成分を有することなく、切削縁から直角な方向へ導かれる。したがって成形されつつある孔の周壁内に向けて切削屑が径方向に付勢されて入り込むことはなく、結果的に生ずべき結着は相当に軽減される。故に本発明の長寿命のスペードバイトは高品質の孔を効率的に作成する。
【００２７】
本発明の一実施例によればブレード部は中心面を画成する中心長手軸心に沿って配設された略平坦な中心セグメントを有する。この中心セグメントの各側は上記中心軸心に平行であると共に夫々の側部セグメントに接合されている。さらに両側の側部セグメントは好適には夫々の横平面を画成し、該横平面は上記中心長手軸心と相互に平行でありながら中心セグメントの中心面に対しては傾斜し、これにより、独特なＺ形状断面を有するブレード部を構成している。
【００２８】
また本発明のスペードバイトのブレード部は該ブレード部の前端に接合されて該前端から軸心方向に延在する突起部をも有する。また１つの実施例においてはスペードバイトが自己推進するように突起部には螺条が付けられている。他の実施例に於いては突起部は好適には中心長手軸心上の突起点へ向けて延伸する三角形状とされる。これらの実施例の突起部は突起点とブレード部の前端との間で突起の各側に沿って夫々延在する一対の突起部切削縁を有する。各突起部切削縁は近傍の側部セグメントの前部切削縁の少なくとも最内端部よりも径方向外方に延伸すれば好都合である。さらに各突起部切削縁は上記中心長手軸心に沿って見たときにスペード型穿孔バイトの所定回転方向において近傍側部セグメントの前部切削縁から角度方向、すなわち回転方向に偏置またはオフセットされていれば好都合である。したがって各突起部切削縁は近傍側部セグメントの前部切削縁から径方向で且つ角度方向に離間される。
【００２９】
さらに各突起部切削縁の少なくとも一部は近傍側部セグメントの前部切削縁の軸心後方に延伸している。したがって各突起部切削縁は近傍側部セグメントの前部切削縁からも軸心方向に離間されている。このように各突起部切削縁と近傍側部セグメントの前部切削縁との間は径方向に且つ角度方向に離間され、幾つかの場合には軸心方向にも離間されているので突起部切削縁と近傍側部セグメントの前部切削縁との間には角部が形成されないのでそれらの間における切削屑の蓄積は排除されないとしても相当に減少される。
【００３０】
１つの好適実施例によれば側部セグメントは夫々の面取り角部を有する。各側部セグメントの面取りが行なわれた角部は夫々の前部切削縁から軸心方向後方で且つ外側方に延伸して最終孔の周壁を一層正確に切削または形成する面取り縁を有するのが好適である。夫々の前部切削縁から軸心方向後方で且つ外側方に延在させたので本発明のスペード型穿孔バイトが被加工片内を回転しながら進むにつれて面取り角部は最終孔の周壁を反復して切削することができる。したがって本発明のスペードバイトは滑らかな周壁を有すると共に無欠陥性の進入点および出口点を有する高品質の孔を効率的に形成することができる。
【００３１】
詳細には各側部セグメントの面取り角部の面取り縁は夫々の前部切削縁の外側部分から軸心方向後方で且つ外側方の両方向に延伸すれば好適である。さらに面取り角は夫々の側部セグメントの面取り縁と、中心長手軸心に平行な直線との間に画成されるのが通常である。１つの好適実施例によれば面取り角は約３０°〜６０°である。各面取り角部は夫々の面取り縁と後縁との間に延在して面取り平面を画成する面取り表面をも有する。一方、スペード型穿孔バイトの結着を回避するために面取り表面は夫々の面取り縁から後縁にかけて径方向内方に傾斜するのが好適である。したがって面取り平面は夫々の側部セグメントにより画成される横平面に直交する平面に交差し、これにより１つの実施例においては約１０°〜約２０°の面取り間隙角を画成するのが好都合である。
【００３２】
別の実施例によれば各側部セグメントは切削刃インサートを有し、好適には該切削刃インサートは夫々の側部セグメントの前端に沿って取り付けられることにより夫々の前縁を形成する炭化物のような比較的硬質の材料からなる。さらに各側部セグメントの前部は夫々の側部セグメントにより画成される横平面と好適に交差する切削平面を画成し、したがって各側部セグメントの前部切削縁はスペードバイトの所定回転方向における角度方向において夫々の横平面よりも前方に配設される。詳細には夫々の各側部セグメントの切削平面と横平面とは両者間に約１０°〜約２０°のフック角度(hook angle)を画成する。
【００３３】
また本発明の別実施例によればスペードバイトは複数の独立した部材から成っている。この実施例におけるブレード部はシャンクの前方延伸部材が接合される後端にて開口する内部キャビティを画成するのが好適である。さらにスペードバイトはブレード部の内部キャビティ内にシャンクの前方延伸部材を噛み合せる手段を有するのが好適であり、斯かる噛み合いはブレード部の内部キャビティ内およびシャンクの前方延伸部に沿って夫々形成された相補的な螺条部により行なわれる。
【００３４】
また各側部セグメントは夫々の前部切削縁と後縁との間に延在する前端表面を有する前端を有する。一実施例によれば各前端表面は前端平面を画成し、該前端平面は中心長手軸心に直交する平面と交差して約１０°〜約２０°のリップ間隙角を画成し、前端表面が前部切削縁から後縁に向けて後方に傾斜している。別実施例によれば各前端平面は第一および第二前端平面を有し、両平面は中心長手軸心に直交する平面と交差して、第一および第二リップ間隙角を夫々画成する。好適には第二リップ間隙角は第一リップ間隙角より大きく、前端表面が前部切削縁から後縁に向けて後方に傾斜する。
【００３５】
また各側部セグメントは第一側と第二側とを有し、側部セグメントは第一側に沿って中心セグメントに接合され、第二の側部表面を形成する。第二側部表面は好適には横断面方向に弧状または湾曲形状とし、スペード型穿孔バイトの前端から見たときに内方にテーパ傾斜し、穿孔中におけるスペードバイトの結着を減少すべく約（１／２）°の側部表面テーパ角を画成する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を示した図面を参照して本発明を詳細に説明する。しかしながら本発明は多くの異なる形態で実現可能であるので本明細書中に示す実施例に限定されるものではなく、正確には実施例はここでの開示内容を首尾よく完全なものとし、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるためのものである。なお同じ構成要素には一貫して同じ番号を付してある。
【００３７】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示したように以下では“スペードバイト”と称する本発明のスペード型穿孔バイト１０は該スペードバイト１０を貫通延伸する中心長手軸心１４を画成する長寸シャンク１２を有する。シャンク１２の後部１６は（不図示の）穿孔装置により受容され且つ支持される。長寸シャンク１２は例えば円筒状の前部と、断面六角形の後部１６とを有し、（不図示の）穿孔装置のチャックにより堅固に受容され且つ支持される。
【００３８】
スペードバイト１０は長寸シャンク１２の前端に接合されると共に本実施例ではシャンク１２と一体的に形成されたブレード部１８を有する。ブレード部１８は中心長手軸心１４から相互に逆方向に向けて側方に延伸する略々平坦な一対の側部セグメント２０を有する。図４（Ａ）に示したように側部セグメント２０は相互に平行な夫々の横平面２２を好適に画成する。横平面２２は中心長手軸心１４に対しても平行である。本発明の実施例によればブレード部１８は中心長手軸心１４に沿って配設されて中心平面２６を画成する略々平坦な中心セグメント２４を有する。詳細には中心セグメント２４は中心長手軸心１４に平行な側部２８と、シャンク１２の前端に接合された後端と、これと逆側の前端とを有する。本実施例によれば一対の側部セグメント２０が中心セグメント２４の各側に沿って該中心セグメント２４に接合される。特に側部セグメント２０対は中心セグメント２４の各側部に接合され、側部セグメント２０により画成される横平面２２が中心セグメント２４により画成される中心平面２６と傾斜角度２９を以て交差する。
【００３９】
ブレード部１８は該ブレード部１８の前端に接合されてそこから軸心方向に延在する突起部３０を有する。突起部３０は穿孔中にスペードバイト１０のセンタリングおよび案内を行なう。図３（Ａ）および図７（Ａ）に明示したように本実施例の突起部３０は略々三角形状であり、中心長手軸心１４上の突起点(spur point)へと延伸している。また突起部３０は図５に断面で示した一対の突起部切削縁３２を有する。突起部切削縁３２は突起点とブレード部１８の先端の突起部３０の基部との間で突起部３０の各側部に沿って延伸する。突起部切削縁３２は図４（Ａ）の反時計回りの矢印により示した所定の回転方向にスペードバイト１０が回転する間、被加工片と最初に接触するように位置せしめられている。
【００４０】
各側部セグメント２０は夫々の前部切削縁３４を有する。各前部切削縁３４は各側部セグメント２０の前縁に沿って形成され、穿孔中に所定回転方向にスペードバイト１０が回転しているときに最初に材料に接触してこれを除去する。図４（Ａ）の矢印で示したように前端から後端への中心長手軸心１４に沿って見たときにスペードバイト１０は反時計回りに回転する。
【００４１】
側部セグメント２０の夫々の前部切削縁３４は図４（Ａ）に示したように長寸シャンク１２の中心長手軸心１４を通る中心線３６に沿って好適に相互に整合されている。このように長寸シャンク１２の中心長手軸心１４を通る中心線３６に沿って整合されることにより穿孔中に前部切削縁３４は側部セグメントの前部切削縁が相互に整合されておらずに中心長手軸心を通る中心線の前方に位置せしめられている従来のスペードバイトよりも効率的に材料除去を行う。例えば図２を参照されたい。
【００４２】
詳細には穿孔中に本発明のスペードバイト１０に供給される動力またはトルクは整合された前部切削縁３４を介して被加工片へ一層効率的に伝達される。所定寸法のスペードバイトに関し、本発明のスペードバイト１０に対して動力はより効率的に伝達される。なぜならば本発明のスペードバイト１０のモーメント距離(moment arm)は図１および図２に示したような従来のスペードバイトのモーメント距離よりも小さいからであり、このことは本発明のスペードバイト１０の独特のＺ形状断面に少なくとも部分的に依存している。さらに本発明のスペードバイト１０に供給される動力も被加工片に対して一層効率的に伝達される。なぜならば所定径の本発明のスペードバイト１０の突起部切削縁３２と前部切削縁３４との合計長はこれと同一径の従来のスペードバイトの突起部切削縁と前部切削縁との合計長よりも短いからである。このように動力伝達が一層効率的であるので本発明のスペードバイト１０は一層高速に回転し、相対的に高品質の孔を形成する。
【００４３】
側部セグメント２０の前部切削縁３４は中心長手軸心１４を通る中心線３６に沿って整合されているので図７（Ｂ）および図８に示したように除去された切削屑を切削縁の径方向外方ではなく前部切削縁３４から直角に上方に導くことによりスペードバイト１０の性能が改善される。切削屑を図示された方向に付勢し、従来のスペードバイト１０のように径方向外方に付勢しないので切削屑がスペードバイト１０とそれにより成形される孔の側壁との間に結着してスペードバイト１０の引続く回転を妨げるということはない。したがってスペードバイト１０の摩耗を減少することによりスペードバイト１０の寿命は長くなり、所定径の孔を穿つスペードバイト１０の効率は増大される。
【００４４】
図７に明示したように突起部切削縁３２は近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４の少なくとも最内側部よりも径方向外方に延伸するのが好適である。したがって各突起部切削縁３２は近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４から径方向に離間されている。さらに突起部３０は中心長手軸心１４に沿って見たときに各突起部切削縁３２が好ましくはスペードバイト１０の所定の回転方向において近傍の側部セグメント２０前部切削縁３４から角度方向、すなわち回転方向にオフセットされているように側部セグメント２０により画成される横平面２２の夫々に対して傾斜した突起部平面を画成するのが好適である。特に各突起部切削縁３２は角度方向に所定の回転方向において近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４の後方に位置せしめられている。したがって各突起部切削縁３２は近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４からも角度方向に離間されている。さらに各突起部切削縁３２の少なくとも一部は長手方向において近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４の軸心方向後方に延伸し、各突起部切削縁３２も近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４から軸心方向に離間されている。
【００４５】
突起部切削縁３２が近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４から離間されているので本発明のスペードバイト１０は穿孔中にさらに効率的に材料を除去する。特に材料は突起部切削縁３２または側部セグメント２０の前部切削縁３４のいずれかにより除去され、これら切削縁の夫々により切削面から略々後方に導かれる。また突起部切削縁３２が近傍の側部セグメント２０の前部切削縁３４から離間されているので上述したように従来のスペードバイト１０に関する切削屑はたとえあったとしても殆ど蓄積されない。切削屑は切削面から略々後方に導かれ、したがってスペードバイト１０は突起部切削縁３２および近傍の前部切削縁３４の両者を以て被加工片内へと切削進入し、これにより穿孔効率はさらに改善される。
【００４６】
本発明の１つの実施例によれば各側部セグメント２０は面取りされた角部３５を有する。図３（Ａ）および図７（Ａ）に示したように各面取り角部３５は夫々の前部切削縁３４から軸心方向後方へ且つ外側方へと延伸する面取り縁を有する。特に側部セグメント２０の前部切削縁３４は典型的には内部から外部に向けて外側方に延伸する。したがって各面取り角部３５の面取り縁は夫々の前部切削縁３４の外部から軸心方向後方へ且つ外側方へと好適に延伸する。
【００４７】
夫々の前部切削縁３４から軸心方向後方へ且つ外側方へと延伸することにより面取り角部３５は本発明のスペードバイト１０が被加工片を貫通して回転前進されるにつれ、最終孔の周壁を反復して切削することができる。したがって本発明のスペードバイト１０は滑らかな周壁と比較的に無欠陥性の進入点および出口点とを有する高品質の孔を効率的に生成することができる。
【００４８】
図３（Ａ）および図７（Ａ）に明示したように面取り角３７は各面取り角部３５の面取り縁と中心長手軸心１４に平行な線分との間に画成される。面取り角３７は約３０°〜約６０°とするのが通常であり、１つの有用な実施例では約４５°とされる。図７（Ａ）に示したように各面取り角部３５は夫々の前部切削縁３４と同一線上にある直線であって夫々の面取り縁と中心長手軸心１４に平行な直線との間に延在する直線に沿って測定される所定幅３９を有する。
【００４９】
面取り角部３５の上記所定幅３９はスペードバイト１０のサイズにより直接的に変更されるのが通常であり、大寸のスペードバイト１０の場合には大きな幅の面取り角部３５となり、小寸のスペードバイト１０の場合には小さな幅の面取り角部３５となる。例えば１．５インチ（３．８１ｃｍ）〜０．８７５インチ（２．２２ｃｍ）の直径を有するスペードバイト１０の場合には面取り角部３５は約０．０９０インチ（０．２２９ｃｍ）の幅を有する。さらに０．８１２５インチ（２．０６４ｃｍ）〜０．７５インチ（１．１９ｃｍ）の直径を有するスペードバイト１０の場合、面取り角部３５は約０．０７０インチ（０．１７８ｃｍ）の幅を有する。同様に０．６８７５インチ（１．７４６ｃｍ）〜０．６２５インチ（１．５９ｃｍ）の直径を有するスペードバイト１０の場合には面取り角部３５は約０．０６０インチ（０．１５２ｃｍ）の幅を有する。さらに０．５６２５インチ（１．４２９ｃｍ）〜０．５インチ（１．２７ｃｍ）の直径を有するスペードバイト１０の場合には面取り角部３５は約０．０５０インチ（０．１２７ｃｍ）の幅を有し、一方、０．４３７５インチ（１．１１１ｃｍ）〜０．３７５インチ（０．９５３ｃｍ）の直径を有するスペードバイト１０の場合には面取り角部３５は約０．０２５インチ（０．０６３５ｃｍ）の幅を有する。なお本発明のスペードバイト１０の面取り角部３５は本発明の精神および範囲から逸脱することなく任意の幅を有することが可能である。
【００５０】
図４（Ｂ）に示したように各側部セグメント２０の前部は切削平面３８を好適に画成する。切削平面３８は夫々の側部セグメント２０により画成される横平面２２と交差し、該横平面２２との間にフック角度４０を画成する。好適にはフック角度４０は約１０°〜約２０°であり、さらに好適には約１５°である。中心長手軸心１４に沿って見たときに図示した実施例の前部切削縁３４はスペードバイト１０の所定回転方向にける夫々の側部セグメント２０の横平面２２に対して角度方向に前進されて配設されている。図７（Ｂ）および図８に示したように前部切削縁３４により被加工片から除去された切削屑はスペードバイト１０に沿って上方または後方に導かれ、スペードバイト１０の更なる回転と、切削平面３８と横平面２２との間に画成されたフック角度４０とにより切削面から離間する方向に導かれる。
【００５１】
さらにスペードバイト１０の各側部セグメント２０は夫々の前部切削縁３４と後縁４４との間に延在する前端表面４２を有する前端を有する。１つの実施例において各前端表面４２は夫々の前端平面を画成する。この前端平面は中心長手軸心１４に直交する平面４８と交差してそれとの間にリップ間隙角５０を画成する。好適にはリップ間隙角５０は約１０°〜約２０°であり、さらに好適には約１５°である。また前端表面４２は前部切削縁３４から後縁にかけて後方に傾斜し、穿孔中に前部切削縁３４のみが切削面に接触するようにすれば好都合である。斯くして回転するスペードバイト１０と被加工片との間に発生する引摺力または他の摩擦力は減少され、本発明のスペードバイト１０が行なう穿孔の効率はさらに改善される。
【００５２】
詳細には図５に示した実施例における各前端表面４２は第一前端平面４６ａと第二前端平面４６ｂとを夫々有する。これら平面４６ａ，４６ｂは中心長手軸心１４に直交する平面４８と交差し、該平面４８との間に第一リップ間隙角５０ａおよび第二リップ間隙角５０ｂを夫々画成する。図示したように第二リップ間隙角５０ｂは典型的には第一リップ間隙角５０ａより大きく、回転するスペードバイト１０と被加工片との間に発生する引摺力または他の摩擦力をさらに減少する。例えば１つの実施例においては第一リップ間隙角５０ａは約５°であり、第二リップ間隙角５０ｂは約８°である。なおこれら第一リップ間隙角および第二リップ間隙角は本発明の精神および範囲から逸脱することなく変更可能である。
【００５３】
図６に示したように各側部セグメント２０の面取り角部３５は夫々の面取り縁と後縁との間に延在する面取り表面を有する。各面取り表面は夫々の側部セグメント２０により画成された横平面２２に直交する平面と交差する面取り平面を画成し、これにより面取り間隙角４１を画成する。面取り表面は面取り縁から後縁に向けて径方向内方に傾斜し、約１０°〜約２０°、１つの好適実施例では約１２°の面取り間隙角を画成すれば好都合である。
【００５４】
さらに本発明のスペードバイト１０の図示した実施例の各側部セグメント２０は中心セグメント２４の側部２８に沿って該中心セグメント２４に接合された第一側部と、第二の側表面、すなわち外側表面を形成する第二側部５２とを有する。この第二の側表面、すなわち外側表面は夫々の前縁と後縁との間に延在し、図４（Ａ）に示したように横断面において弧を描き、孔内でのスペードバイト１０の回転により発生する引摺力または他の摩擦力をさらに減少するのが好適である。この代りに側部表面を前縁から後縁に掛けて径方向内方にテーパを付け、側部セグメント２０の側部表面の前縁のみが孔の側壁に接触してスペードバイト１０の結着をさらに減少させることも可能である。
【００５５】
また夫々の側部セグメント２０の第二側部５２はブレード部１８の前端から後端にかけて内方で且つ軸心方向に好適にテーパ付けされている。したがって図３（Ａ）に示したように側部表面平面と中心長手軸心１４に平行な直線との間には１°の約半分、すなわち（１／２）°の側部表面テーパ角５３が画成される。側部セグメント２０の第二側部５２を内方にテーパ付けすることにより側部表面は切削面の近傍の被加工片のみと接触し、引摺力または他の摩擦力をさらに減少させる。
【００５６】
一方、本発明のスペードバイト１０は図３に示したような金属の単一片から一体的に製作することも可能である。しかしながら本発明のスペードバイト１０は本発明の精神および範囲から逸脱することなく数個の構成要素を組合せたものから形成することもできる。例えば図９および図１０に示したように長寸シャンク１２およびブレード部１８を別体的に形成すると共にそれに引続いて接合して本発明のスペードバイト１０を形成することも可能である。
【００５７】
特にブレード部１８は長寸シャンク１２を接合する後端にて開口する内部キャビティ５４を有する。したがって長寸シャンク１２はブレード部１８により形成される内部キャビティ５４内に受容されるべく前方に延伸する部材５６を有する。
【００５８】
また本実施例のスペードバイト１０はシャンク１２の前方延伸部材５６をブレード部１８の内部キャビティ５４に相互係合するための手段を有する。例えば相互係合手段はブレード部１８の内部キャビティ５４内とシャンク１２の前方延伸部材５６に沿って夫々形成された相補的な螺条部同士を有し、シャンク１２とブレード部１８とを螺着接続する。当業者には公知のように螺着接続は所定方向におけるスペードバイト１０の回転によりシャンク１２とブレード部１８との螺着接続がさらに緊密となるような自己締着式とすれば好適である。なおスペードバイト１０は本発明の精神および範囲から逸脱することなく、別の相互係合手段を有してもよい。例えばブレード部１８とシャンク１２とがろう付け(brazing)などにより圧着され、或いは接合され、両者間に堅固な相互接続を形成してもよい。また本発明の精神および範囲から逸脱することなくシャンク１２のほうが内部キャビティを有すると共にブレード部１８のほうが対応して後方に延伸して両者を相互係合する部材を有していてもよい。
【００５９】
図１１および図１４に示したように本発明のスペードバイト１０の１つの実施例の各側部セグメント２０は切削刃インサート５８を有する。各切削刃インサート５８は通常、炭化物などの比較的硬質な材料からなると共に夫々の側部セグメント２０の前端に沿って取り付けられて夫々の前部切削縁３４を形成すると共に幾つかの実施例においては夫々の面取り縁３５を形成する。さらに本実施例の夫々の切削刃インサート５８により形成される前部切削縁３４は上述したように長寸シャンク１２の中心長手軸心１４を通る中心線３６と整合する。
【００６０】
本発明のスペードバイト１０は複数片からなると共に図９〜図１４に示した切削刃インサート５８を有するが本発明のスペードバイト１０は切削刃インサートを含まない複数片から構成することもできる。同様に本発明のスペードバイト１０は一体的なユニットとして作製することもできるが切削刃インサート５８を依然として有することができる。しかしながら前部切削縁３４、および幾つかの実施例においては本発明のスペードバイト１０の面取り縁３５、すなわち各側部セグメント２０の前端の前縁は基体上にダイヤモンド等の比較的硬質な材料の層を析出させて形成可能である。比較的に硬質な材料は下側の側部セグメント２０よりも強固なものであれば好適である。
【００６１】
図１２に示したように本発明のスペードバイト１０’は被加工片への進入および前進を容易化すべく自己推進的ともされる。この実施例によればスペードバイト１０’のブレード部１８’は該ブレード部１８’の前端に接合されてそこから軸心方向に延伸する螺条突起部３０’を有する。図示したようにこのスペードバイト１０’の自己推進的な実施例のブレード部１８’はスペードバイト１０’の中心長手軸心１４’から各側方に延伸する略々平坦な一対の側部セグメント２０’を有する。図示した実施例においては側部セグメント２０’は夫々の面取り角部３５’および夫々の前部切削縁３４’を有し、これらは中心長手軸心１４’を通る中心線３６'に沿って相互に整列されている。したがって上述した他の実施例と同様に自己推進的なスペードバイト１０’の実施例の特徴は図４（Ａ）、図１１および図１２に明示したＺ形状断面と、図３（Ａ）、図７（Ａ）および図１２に明示した側部セグメント２０の面取り角部３５’とである。したがって図１２に示したスペードバイト１０の自己推進的な実施例は上記で詳述した穿孔効率における幾多の改善点をも提供する。
【００６２】
本発明のスペードバイト１０'の自己推進的な実施例は本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者には公知の加熱鍛造等の任意の方法で作成することができる。またスペードバイト１０の自己推進的な実施例を下記の鍛造方法により形成することも可能である。なお図１３に示したようにスペードバイト１０の自己推進的な実施例を形成する別の方法では図１２のスペードバイト１０を形成すべく幾つかの部材片を接合する。特に螺条突起部３０’は任意の従来技術により長寸シャンク１２’の第一端に形成される。相互に逆方向に延伸する側部セグメント２０’を含め、ブレード部１８の残りの部分は自身を軸方向に貫通延伸する内部螺条孔を有する別体の部材片として形成される。斯かるブレード部１８の残りの部分は長寸シャンク１２に取り付けられると共に螺条突起部に螺着係合される。その後、筒状スリーブ５７’が長寸シャンク１２上に載置され且つ据え込みされ、これによりブレード部１８をシャンク１２に堅固に結着して図１２に示したスペードバイト１０の自己推進的な実施例を形成する。
【００６３】
一方、本発明のスペードバイト１０およびその個々の部材片は図１４に例示した加熱鍛造方法により成形することができる。始めに図示したようにワイヤ等の連続長の金属材料５９が複数の片に切断され、各片は最終的にはスペードバイト１０を形成する。その後、個々の部材が造頭(headed)され、部分６２の第一端に材料の球状が形成される。次いで各造頭部分６２がブロック６４，６６に示されたように順次に加熱され、鍛造される。例えば鋼合金からなる被加工片の場合、各頭部は１２００°Ｆ（６５０°Ｃ）〜２２００°Ｆ（１２００°Ｃ）の温度に加熱される。その後、対向する一対の型６８が加熱された部分周りに閉じ合わされる。この対向型６８は所定形状のキャビティを画成し、このキャビティは鍛造部品の最終形状を形成する。鍛造がいったん行われると対向型６８が開かれ、ブロック７０に示したように鍛造部品から過剰な“ばり(flash)”がトリミング、すなわち切除される。その後、ブロック７２，７４，７６，７８に示したようにスペードバイト１０の加熱処理、仕上げ、および梱包に先立ってブレード部１８の幅などの識別記号が部品上に刻印される。
【００６４】
なお本発明のスペードバイト１０を図１５に示した鍛造方法により形成することもできる。後述するのは原則的に冷間鍛造であるが鍛造方法が温間鍛造または加熱鍛造となるように鍛造工程前に被加工片を加熱するようにしてもよい。冷間鍛造、温間鍛造、または加熱鍛造を行うために被加工片を形成する種々の材料の各々を加熱するときの温度範囲は種々の条件の中でも特に各材料の強度、内部特性、および当業者に公知の特性に依存する。例えば鋼合金からなる被加工片は冷間鍛造中は室温と３００°Ｆ（１５０°Ｃ）との間の温度、温間鍛造中は２００°Ｆ（９０°Ｃ）〜１４００°Ｆ（７６０°Ｃ）の温度、加熱鍛造中は１２００°Ｆ（６５０°Ｃ）〜２２００°Ｆ（１２００°Ｃ）の温度とされるのが典型的である。さらに被加工片の加熱鍛造工程を有する本発明の鍛造方法はアルミニウム、黄銅、亜鉛および銅などの比較的に低い融点の材料からなる被加工片を鍛造する上で特に効率的である。
【００６５】
なお本発明の複数のスペードバイト１０の製造に関連して説明したが図１５に示した冷間鍛造方法は幾多の種類の部品を製造することが可能であり、それは限定的なものとしてではなく、ねじ回しバイト１０(screwdriver bit)、ルータ(router)バイト１０、電気子(armature)シャフトなどの他の金属部品を製造するのにも適している。
【００６６】
図１５に示した本発明の方法によればスペードバイト１０のような複数の部品が連続的なワイヤ材料等の連続長の金属材料８０から鍛造される。ここで金属材料は鋼合金からなるのが通常ではあるが金属材料は当業者に知られた鍛造可能な任意の材料とすることができる。例えば金属材料は銅、アルミニウム、チタン、亜鉛、黄銅、またはそれらの合金からなることも可能である。
【００６７】
一方、材料の如何に関わらず、連続的な金属材料は最初に整伸(straighten)されるがこれは金属材料をブロック８２に示したような一連の整列ローラに通すことにより行なわれる。次いで整伸された金属材料はブロック８４に示したような割出し器(indexer)などにより漸増的に前進せしめられる。この割出し器は連続的な金属材料を下流方向に向けて所定の長手直線距離だけ漸増的に前進させる。したがってブロック８６に示したように連続的な金属材料の先端部は金属材料が漸増的に前進される毎に典型的には対向する一対のクランプ型などのクランプにより把持され、これにより金属材料の先端部は固定位置に保持される。
【００６８】
金属材料８０が把持されて固定位置に保持される毎に把持された先端部の上流の連続的な金属材料の一部は鍛造される。ブロック８８に例示し且つ図１６〜図１８を参照して以下で詳述するように鍛造手段は連続的な金属材料周りで径方向に閉じ合わされる複数の型９０を有する鍛造装置とするのが典型的である。閉じ合わされた複数の型９０は所定形状のキャビティを画成し、該キャビティは金属材料の鍛造部分の最終形状を画成する。これに加え、閉じ合わされた複数の型９０は鍛造工程の間に連続的な金属材料が貫通延在する進入ポートおよび排出ポートを画成する。
【００６９】
ブロック８５に示したように金属材料８０は鍛造工程に先立って暖められ、金属材料の可鍛性(malleability)が増大される。例えば複数の型９０の上流において連続的な金属材料周りに誘電コイルが配設される。しかしながら鍛造工程の間に誘電加熱などにより型内の金属材料を暖めるための加熱要素を型に配備してもよい。しかしながら上述したように本発明の方法は金属材料が普通は加熱されないか、或いは例えば鋼合金材料では室温と３００°Ｆ（１５０°Ｃ）との間の温度を有するという冷間鍛造をも包含している。
【００７０】
一方、鍛造工程８８の間、連続的な金属材料８０は長手方向に伸びてしまう。この長手方向の伸びは連続的な金属材料の固定位置の上流の材料部分の上流長手方向への移動を許容する補償器により補償される。１つの実施例においては鍛造型９０は長手方向に移動することができる搬送体９２に取り付けられる。したがって連続的な金属材料に関し、複数の型９０が径方向に閉じ合わされる鍛造部と把持された先端部との間において該材料が長手方向に伸びると搬送体９２は長手方向上流へ移動せしめられる。したがって複数の型９０は連続的な金属材料の長手方向上流への移動を許容しつつ各鍛造工程の間、金属材料の同一部分周りに閉じ合わされたままとなり、幾つかの実施例では金属材料の長手方向上流への移動に対応した金属材料巻回供給用スプールの回転を許容して、金属材料の長手方向の伸びを補償する。図１５に示したように搬送体９２はスプリングまたは他の付勢手段９４などにより長手方向に付勢され、上流方向への過剰な移動が防止されると共に搬送体９２は鍛造工程毎に初期の位置に復帰される。
【００７１】
金属材料の一部分を鍛造した後、複数の型９０は径方向に開かれ、金属材料の先端が８６にて把持型により解放され、連続的な金属材料は割出し器８４により漸増的に前進可能となる。その後、把持工程と鍛造工程とが好適に繰り返され、連続的な金属材料から更なる部品を鍛造する。ブロック８６に示したように把持型は既に鍛造が行なわれた部品に識別記号を刻印するのが好適である。さらに既に鍛造された部品は金属材料自体が把持されており且つ更なる部品が鍛造されている間にブロック８７に示したように部品鍛造の間に生じた“ばり”または過剰材料を切除することにより所定形状の部品に切断される。
【００７２】
ブロック９６に示したように鍛造工程および刻印工程の後において金属材料の把持された先端部を越えて延在する連続的な金属材料８０の部分から切断手段などにより部品が切断されるだけである。ブロック９８，１００，１０２に示したようにいったん分離された個々の部品には加熱処理、仕上げ、および梱包が夫々施される。
【００７３】
上記複数の部品は連続的な金属材料に依然として接合されたままで処理されるので個々の部品の取扱処理量は相当に少なくなる。さらに金属材料に対する鍛造手段の型９０の整列は一層正確に保持され、これにより例えば本発明のスペードバイト１０のブレード部１８の夫々の側部セグメント２０の前部切削縁３４から突起部切削縁３２が上述したように径方向、角度方向、および長手方向に離間しているという際立った特徴を有する高品質の部品が製造される。さらに割出し器による長手方向の前進量を変更することにより種々の長さの長寸シャンク１２を有するスペードバイト１０のような種々の長さの部品を同一の連続的な金属材料から製造することができる。
【００７４】
図１６〜図１８に示したように本発明の他の特徴に係る鍛造方法および装置により被加工片１２０から所定形状の部品が鍛造される。本発明のこの特徴によればスペードバイト１０のような複数の部品が上述したような連続的な金属材料から鍛造され、または単一個もしくはそれ以上の個々の部品が鍛造される。さらに本発明のこの特徴に係る鍛造方法および装置は図３（Ａ）、図７（Ａ）および図１２に明示したようにねじ回しバイトおよびルータバイトなどの他の種々の部品を製造することができ、電気子シャフトおよび側部セグメントの面取り角部などの他の金属部品の製造にも適する。
【００７５】
さらに本発明のスペードバイト１０は夫々の面取り角部３５を有する側方に対向した側部セグメント２０を有するブレード部１８を有するように鍛造されるが本発明のスペードバイト１０の側部セグメント２０は通常、鍛造工程に引続いて従来の研削工程などにより研削されて夫々の面取り角部３５を形成する。したがって中心長手軸心１４に平行な直線に関して所定の面取り角３７を画成する面取り角部３５は夫々の側部セグメント２０に対して正確に削り込まれる。
【００７６】
図１６に示したように鍛造装置１１０はキャビティ１１４を両者間に画成する通常は一対とされる対向鍛造型１１２を有する。キャビティ１１４は当該鍛造方法および装置により成形される部品の最終形状を画成する。詳細には少なくとも一方の鍛造型１１２、好適には各鍛造型１１２は幾分かＺ形状とされると共にキャビティ１１４の一部を画成する接触表面１１６を有する。１つの実施例によれば対向する型１１２は幾分かＺ形状の接触表面を有する少なくとも１個の鍛造型を各組が有する２組の対向型を有する。
【００７７】
本発明のスペードバイト１０に関して上述したようにＺ形状のキャビティ１１４は中心平面１３６を画成する中心部１３４と、この中心部１３４の各側から延出する対向側部１３８とを有する。これら対向側部１３８は中心平面１３６に対して傾斜した夫々の横平面１４０を画成する。また夫々の接触表面は被加工片１２０と接触して所定形状の最終部品を成形する。
夫々の接触表面１１６は比較的平坦で接触平面１１８を画成すると共に他方の型の比較的平坦部と平行な部分を少なくとも有するのが好適である。
【００７８】
また本発明のこの特徴に係る鍛造装置１１０は対向する鍛造型を径方向に閉じ合わせる手段を有する。図１７および図１８を参照して以下に説明するように鍛造型を径方向に閉じ合わせる手段は型ハウジング１３０を有する。特に図１７に示すと共に以下に詳述するように型ハウジング１３０と対向鍛造型対１１２との間の相対的な移動が生ずると図１６の矢印で示したように鍛造型１１２は所定の径方向内方に移動する。
【００７９】
鍛造型１１２の接触平面１１８は夫々の接触表面１１６の種々の箇所により形成される。例えば図１６に示したように夫々の接触表面１１６の中心部１１７は鍛造型１１２が閉じ合わされると共に夫々の接触平面１１８を画成する所定方向に対して傾斜している。したがって接触平面１１８は軸心方向の力１４２および径方向の力１４４の両者を被加工片に加えるがこれは変形工程の間における被加工片の内部の圧縮応力、引張応力および剪断応力となる。したがって最終的な圧縮力および剪断力成分は被加工片１２０を外方に変形させ、鍛造型１１２により画成された最終形状とする。
【００８０】
詳細には図１６に示したように夫々の接触平面１１８と、鍛造型１１２が移動する所定方向に直交する基準平面１２４との間には角度１２２が画成される。好適実施例においては角度１１２は約５°〜約１５°であり、特定の例では約１０°である。本明細書で使用される“圧縮力”という語句は鍛造型が移動する所定方向における力を意味し、“剪断力”という語句は被加工片１２０を径方向外方に変形せしめる横力を意味する。したがって所定量の動力が入力された場合、夫々の接触平面と基準平面との間に画成される角度が増大すると被加工片に加えられる剪断力の量は増大すると共に圧縮力の量は減少する。同様に所定量の動力が入力された場合、夫々の接触平面と基準平面との間に画成される角度が減少すると被加工片に加えられる剪断力の量は減少すると共に圧縮力の量は増大する。
【００８１】
少なくとも被加工片１２０で剪断力を受け、したがって剪断応力を受ける部分はさらに容易に変形する。なぜならば殆ど一般的な被加工片、すなわち殆どの金属材料の剪断強度は同一材料の圧縮強度よりも小さいからである。一般的に金属材料の剪断強度は同一材料の圧縮強度の約６０％である。例えばこの方法により本発明のスペードバイト１０を成形する間、側部セグメント２０の両者は比較的に大きな剪断応力を受け、最初の径は最小とされる被加工片またはワイヤから最大の横方向変位を生成するのが好適である。
【００８２】
したがって圧縮力ではなく剪断力で被加工片１２０を変形させるに必要な入力動力は相当に減少されることになる。さらに被加工片１２０を径方向外方に一層容易に変形せしめる剪断力を加えると部品の幅、すなわち直径に対する部品の厚みの比率は減少することができ、したがってスペードバイト１０のような比較的に大径で薄肉の部品が本発明のこの特徴により容易に鍛造される。
【００８３】
なお被加工片１２０を変形すべく剪断力を加えると鍛造型と型ハウジングとが鍛造工程の間に被る力が相当に増大するので被加工片に圧縮力を加えるべく鍛造型が直線的に閉じ合わされるという従来の鍛造工程では剪断力付与は行なわれていなかった。然るに１つの実施例では増大した力に耐えるべく対向する鍛造型１１２は高速鋼からなり、好適にはニューヨーク州シラキュース市のColtIndustries Crucible Speciality Metals Dividisionにより販売されると共に書類番号D88 308-5M-776が付されたCrusible Data Sheetという書名の同社の刊行物にさらに詳述されたCPM(登録商標)REX(商標)M4高速鋼、またはその等価物からなる。
【００８４】
さらに剪断力により被加工片１２０を変形するために必要な時間は同様の被加工片を圧縮力で変形するために必要な対応時間よりも長いのが一般的である。したがって約（３／８）インチ（約０．９５３ｃｍ）以下の径を有するスペードバイト１０のような比較的小径の部品であって、剪断力による被加工片の変形が相当量の入力動力を維持しない場合、夫々の接触平面１１８と基準平面１２４との間に画成される角度１２２は小さく、或いは排除され、増加した量の圧縮力を被加工片に加えて変形工程がさらに迅速に行なわれる。なおこれら実施例においては図１６のＺ形状キャビティにより示されているように接触表面が傾斜した側部を有することによりさらに少ない量とは言え、剪断力は依然として付与される。また約（７／１６）インチ（約１．１１１ｃｍ）以上の径を有するスペードバイト１０のような比較的大径の部品であって剪断力による被加工片の変形が相当量の入力動力を維持し得る場合、夫々の接触平面は例えば基準平面に関して１０°などの角度で配設されるのが好適である。
【００８５】
対向した鍛造型を閉じ合わせる手段は鍛造工程の間に対向鍛造型１１２の所定整列を保持する手段を有するのが好適である。図１６および図１８に示したように対向する鍛造型１１２の整列を保持する手段は対向した一対の側部型１２６を有するのが好適である。これらの対向した側部型は対向鍛造型により画成される対向側部表面１２８の近傍に位置される。また図１８に略示したように対向鍛造型と一対の側部型とは略々円錐状の型アセンブリを構成する。
【００８６】
同様に図１７および図１８に略示したように対向した鍛造型を閉じ合わせる手段は端部プレート１４６を有する型ハウジング１３０を有し、円錐キャビティを内部に画成する。型ハウジング１３０により画成される内部の円錐キャビティは相補的な形状の円錐状型アセンブリを型ハウジング１３０が型アセンブリを円周方向に囲繞するようにして受容する。したがって（不図示の）型プレスまたは円錐ラムになどにより型アセンブリを軸心方向に向けて型ハウジングに挿入することにより対向する鍛造型および一対の側部型は被加工片周りで径方向に閉じ合わされる。ここで型アセンブリの強度と、圧縮応力、引張応力および剪断応力を発生する処の上記軸心方向力１４２および圧縮力１４４により被加工片が変形する間に発生する力に対する該型アセンブリの耐久能とは型アセンブリが閉じ合わされる径方向と、該型アセンブリに対する型ハウジングの囲繞関係とによりさらに増大される。
【００８７】
また型ハウジング１３０は高速鋼などによる比較的に強度のある材料からなるのが好適であり、CPM(登録商標)REX(商標)M4高速鋼から成ればさらに好適である。さらに型ハウジング１３０に型アセンブリを挿入するために必要な圧力または力は処理条件に応じて変更され、これは被加工片を形成する材料の種類、最終部品のサイズおよび形状などであるが本発明のスペードバイト１０は１０５０炭素鋼から５００トンプレスなどの水圧で製造された。
【００８８】
さらに本発明のこの特徴の型アセンブリの１つの実施例は図１７に示したような進入ポートおよび排出ポート１３２をも画成し、これを通って連続的な金属材料が延在し、上述したように複数の部品が形成される。なお本発明のこの特徴の鍛造方法および装置は本発明の精神および範囲から逸脱することなく個々に独立した部品を成形する上でも採用可能である。
【００８９】
以上、添付図面および本明細書においては本発明の好適実施例を示し、特定の語句を使用したがこれらの語句は総括的な説明のためにのみ使用されており、したがって限定的なものでなく、本発明の範囲は請求の範囲に示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスペード型穿孔バイトの正面図である。
【図２】穿孔中における図１の従来のスペード型穿孔バイトの端面図である。
【図３】（Ａ）は本発明のスペード型穿孔バイトの正面図であり、（Ｂ）は本発明のスペード型穿孔バイトの側面図である。
【図４】（Ａ）は図３（Ａ）の中心長手軸心に沿った線ＩＶＡ−ＩＶＡに沿った図３のスペード型穿孔バイトの端面図であり、中心長手軸心を通る中心線に沿った前部切削縁の整合を示し、（Ｂ）は図４（Ａ）の線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿って（Ａ）のスペード型穿孔バイトの側部セグメントの一部を部分的に示す側面図であり、フック角度を示している。
【図５】（Ａ）は図３（Ａ）の線Ｖ−Ｖに沿った図３に示したスペード型穿孔バイトの突起部の一部の部分的な断面図であって突起部切削縁を示し、（Ｂ）は（Ａ）の線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿って見た前部切削縁を示す図である。
【図６】（Ａ）は本発明のスペード型穿孔バイトの側部セグメントの部分斜視図であって面取り角部を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＶＩＢ−ＶＩＢに沿った本発明のスペード型穿孔バイトの側部セグメントの一部を部分的に示す断面図であって面取り角部により画成される面取り間隙角を示す図である。
【図７】（Ａ）は本発明のスペード型穿孔バイトのブレード部の一部の拡大正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに沿った穿孔間における（Ａ）に示したスペード型穿孔バイトのブレード部の端部断面図であってその独特のＺ形状断面を示す図である。
【図８】図７（Ｂ）の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った穿孔中におけるスペード型穿孔バイトの側部セグメントの一部の側断面図であって最終的な切削屑除去を示す図である。
【図９】長寸シャフトおよびブレード部が相互に螺着係合されている本発明の１つの実施例のスペード型穿孔バイトの正面図である。
【図１０】図９の線Ｘ−Ｘに沿ったスペード型穿孔バイトの実施例の側断面図であってブレード部に対する長寸シャフトの螺着接続を示す図である。
【図１１】（Ａ）は図９の線ＸＩ−ＸＩに沿ったスペード型穿孔バイトの実施例の端部断面図であってブレード部の回転を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線ＸＩＢ−ＸＩＢに沿った図９のスペード型穿孔バイトの実施例のブレード部の側部セグメントの一部の部分的側部断面図であって切削刃インサートを示す図である。
【図１２】螺着突起部を有する本発明のスペード型穿孔バイトの自己推進の実施例の斜視図である。
【図１３】図１２のスペード型穿孔バイトの自己推進の実施例の構成部材の分解図である。
【図１４】本発明のスペード型穿孔バイトを製造する加熱鍛造方法のブロック図である。
【図１５】連続的な金属材料から本発明のスペード型穿孔バイトのような複数の部品を製造する本発明の例示としての鍛造方法の代表的ブロック図である。
【図１６】鍛造中に圧縮力を加える本発明の鋳型アセンブリの１つの実施例の概略図である。
【図１７】鋳型アセンブリおよび協働鋳型ハウジングの概略図であり、両者は鍛造中に被加工片の内部に圧縮応力、引張応力および剪断応力を発生させるべく、軸心方向および径方向の力を加えるものである。
【図１８】鍛造中に圧縮応力および剪断応力の両者を加える、鋳型アセンブリおよび協働鋳型ハウジングの端面の概略図である。
【符号の説明】
１０…スペードバイト
１２…シャンク
１８…ブレード部
２０…側部セグメント
２４…中心セグメント
３０…突起部
３２…突起部切削縁
３４…前部切削縁
【図１】
0003955746.tif 000002
【図２】
0003955746.tif 000003
【図３】
0003955746.tif 000004
【図４】
0003955746.tif 000005
【図５】
0003955746.tif 000006
【図６】
0003955746.tif 000007
【図７】
0003955746.tif 000008
【図８】
0003955746.tif 000009
【図９】
0003955746.tif 000010
【図１０】
0003955746.tif 000011
【図１１】
0003955746.tif 000012
【図１２】
0003955746.tif 000013
【図１３】
0003955746.tif 000014
【図１４】
0003955746.tif 000015
【図１５】
0003955746.tif 000016
【図１６】
0003955746.tif 000017
【図１７】
0003955746.tif 000018
【図１８】
0003955746.tif 000019