钻杆、钻头以及钻削工具的制作方法

专利名称：钻杆、钻头以及钻削工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及在隧道等土木工程、锚固、基桩等各种工程或者碎石 作业等中钻削地基、砂土时所采用的钻杆、钻头以及钻削工具。本发明要求2005年12月9日申请的日本发明专利申请2005-355888号的优 先权，其内容在此加以引用。
背景技术：
作为钻削地基、砂土等被钻削物的钻削工具，使用由具有多个钮 形钻尖(求夕乂于、jy:/)的钻头和支撑该钻头的钻杆构成的钻削工具， 其中，该钮形钻尖由硬质合金等硬质材料构成。在钻头的后端，穿设 有在内周面具有阴螺紋的安装孔。在钻杆的前端，设置有在外周面具 有阳螺紋的安装部。钻削工具通过这些钻杆的安装部的阳螺紋和钻头 的安装孔的阴螺紋的螺紋接合而使得钻杆和钻头一体化。近年来，出于高速施工的要求，要求通过钻削机械性能的提高和 钻削速度的上升而实现钻削作业的高效化。但是，在现有的钻削工具 中，为了确保钻头的壁厚而将钻杆的安装部直径设定得较小，故在将 该钻削工具安装于钻削机械来钻削基岩等时，在提高钻削速度的情况 下，作用于钻削工具的负荷增加，存在因该负荷而导致钻杆破损的危 险。另一方面，在增大钻杆直径的情况下，钻头的壁厚变薄，从而存 在钻头破损的问题。尤其是，在钻杆折损的情况下，钻头等残留在被 钻削的孔底，在修复事故方面需要大量的时间和劳力，故不经济。因 此，强烈要求提高钻杆的刚性。在专利文献1中提出了如下方案将钻杆的安装部形成为锥形， 由锥状的螺紋进行螺紋接合，从而能够确保钻削工具前端侧的钻头的 壁厚，并且，在施加于钻杆的弯曲应力增大的钻削工具后端侧增大了 钻杆的直径，从而提高了钻杆和钻头的刚性，能够防止因上述负荷而 导致的钻削工具的破损。专利文献1:国际公开第00/19056号小册子 发明内容但是，在专利文献1公开的钻削工具中，安装部形成为锥形并通过锥状的螺紋进行螺紋接合，从而存在因钻削时的沖击而导致钻头容 易从钻杆脱离的危险。另外，加工锥状的螺紋很困难，存在增加这些 钻杆和钻头的制造成本的问题。而且，由于在钻头的前端侧、即安装孔的孔底部分形成了用于终 止阴螺紋的退刀部(退切部)，故虽然有意地形成锥状的螺紋，但是 仍在钻头前端侧形成了薄壁部分，从而存在因钻削工具上作用的负荷 而导致钻头破损的危险。本发明正是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供能够通过确 保钻杆和钻头的刚性来提高钻削速度而高效地进行钻削作业、且不容 易因钻削时的沖击而导致钻杆和钻头分离的钻杆、钻头以及钻削工具。为了达到上述目的，本发明的钻杆具有朝向前端突出并沿第一轴线延伸的安装部；上述安装部具备在垂直于上述笫一轴线的截面中距 上述笫一轴线的最小距离一定的平行阳螺紋部、以及与上述平行阳螺 紋部的后端侧相连且在垂直于上述第一轴线的截面中距上述第一轴线 的最小距离朝向后端扩大的阳螺紋终止部，并且，上述安装部形成为， 上述最小距离并不从前端朝向后端减小；上述阳螺紋终止部的后端配 置于距上述第一轴线的距离从上述平行阳螺紋部朝向后端侧逐渐扩大 的面上。本发明的钻头具有朝后端开口并沿第二轴线延伸的安装孔；上述 安装孔具有在垂直于上述第二轴线的截面中距上述第二轴线的最大距 离一定的平行阴螺紋部、以及与上述平行阴螺紋部的前端相连且在垂 直于上述第二轴线的截面中距上述第二轴线的最大距离朝向前端缩小 的阴螺紋终止部，并且，上述安装孔形成为，上述最大距离并不从前 端朝向后端减小；上述阴螺紋终止部的前端配置于距上述第二轴线的 距离小于上述平行阴螺紋部的面上。本发明的钻削工具通过螺紋接合上述钻杆的平行阳螺紋部和上述 钻头的平行阴螺紋部而构成。根据本发明的钻杆，由于具有以在垂直于上述第一轴线的截面中 距上述第一轴线的最小距离在后端侧不比前端侧小地形成的安装部， 故能够确保施加于钻杆的弯曲应力增大的后端部分处的刚性，并且， 由于在安装部的中途没有直径减小的退刀部，故能够抑制钻杆的折损。另外，在上述钻杆中，不与阴螺紋接合的阳螺紋终止部配置于距上述第一轴线的距离从上述平行阳螺紋部朝向后端侧逐渐扩大的面 上，故能够确保阳螺紋终止部的刚性。另外，在上述钻杆中，由于形成有平行阳螺紋部，故即使在因钻 削时的沖击而作用使钻杆和钻头分离的力的情况下，也能够防止钻头 的脱离。此外，阳螺紋的加工容易，能够以低成本制造该钻杆。关于上述钻杆，优选上述阳螺紋终止部在包含上述第一轴线的截 面上的螺紋槽部分的曲率半径，大于形成于上述平行阳螺紋部上的阳 螺紋在包含上述第一轴线的截面上的螺紋槽部分的曲率半径。此时， 能够将阳螺紋终止部的切除部分形成得小，从而能够切实地提高钻杆 的刚性。关于上述钻杆，优选上述阳螺紋终止部在上述第一轴线方向上的 长度为上述平行阳螺紋部的螺距P以下。此时，不必将不进行螺紋接 合的阳螺紋终止部形成为必要长度以上，故能够进一步提高钻杆的刚 性。关于上述钻杆，优选从上述安装部的前端面到上述平行阳螺紋部 后端在上述第一轴线方向上的长度相对于上述平行阳螺紋部的螺紋底径D被设定为2.5xD以下。此时，抑制了平行阳螺紋部后端的螺紋槽 部分所承受的弯曲应力的大小，从而能够防止在平行阳螺紋部发生折 损。而且，上述钻杆优选上述平行阳螺紋部在上述第一轴线方向上的 长度相对于上述平行阳螺紋部的螺距P被设定为3，8xp以上。此时， 能够确保平行阳螺紋部的螺紋牙的数目。因此，能够抑制作用于一个 螺紋牙的栽荷，从而能够使平行阳螺紋部中的螺紋的早期磨损和紧固 扭矩所造成的应力集中分散，故能够延长钻杆的寿命。根据上述本发明的钻头，由于具有以在垂直于上述第二轴线的截 面中距上述第二轴线的最大距离在后端侧不比前端侧小的方式形成的 安装孔，故能确保钻头上施加沖击的前端部分处的壁厚、从而能够提 高钻头的刚性。另外，由于在安装孔的中途没有壁厚减小的退刀部， 故能够抑制钻头的折损。另外，由于不与阳螺紋接合的阴螺紋终止部配置于距上述第二轴 线的距离小于上述平行阴螺紋部的面上，故能够确保该阴螺紋终止部 的壁厚、从而提高了刚性。另外，由于形成有平行阴螺紋部，故即使在因钻削时的沖击而作 用使钻杆和钻头分离的力的情况下，也能够防止钻头从钻杆脱离，并 且，阴螺紋的加工容易，能够以低成本制造钻头。关于上述钻头，优选上述阴螺紋终止部在包含上述第二轴线的截 面上的螺紋槽部分的曲率半径，大于形成于上述平行阴螺紋部的阴螺 紋在包含上述第二轴线的截面上的螺紋槽部分的曲率半径。此时，能 够增加阴螺紋终止部的壁厚，从而能够切实地提高钻头的刚性。关于上述钻头，优选上述阴螺紋终止部在上述第二轴线方向上的 长度为上述平行阴螺紋部的螺距P以下。此时，不必将不进行螺紋接 合的阴螺紋终止部形成为必要长度以上，故能够进一步提高钻头的刚 性。根据上述本发明的钻削工具，由于如上所述确保了刚性的钻杆和 钻头螺紋接合，故能够防止因施加于钻削工具的负荷而导致的钻头破 损，并且，能够防止因弯曲应力而导致的钻杆折损。因此，能够提供 可提高钻削速度而高效进行钻削作业的钻削工具。关于上述钻削工具，优选在上述钻杆和上述钻头螺紋接合的状态 下，上述平行阳螺紋部的前端与上述阴螺紋终止部的后端在上述第一 轴线方向上的距离，大于上述阳螺紋终止部的前端与上述平行阴螺紋 部的后端在上述第一轴线方向上的距离。此时，钻头的平行阴螺紋部螺紋终止部咬入之前发生。因此，咬入发生在安装孔的开口部附近， 从而能够比较容易地进行钻杆和钻头的拆除等处理。钻头与基岩等被钻削物直接接触，故其寿命要比钻杆短。因此， 由于在钻头的平行阴螺紋部先发生螺紋的咬入，能够防止在钻杆的平 行阳螺紋部发生咬入，从而能够延长钻杆的寿命。为了能够进一步切 实地获得上述效果，优选将钻杆的硬度设定为高于钻头的硬度。更具体地说，优选将钻头和钻杆的硬度差设定为HRC (洛氏硬度C标准) 6点以上。关于上述钻削工具，优选具有第一倾斜面和笫二倾斜面，上述第 一倾斜面形成于上述钻杆的上述安装部的后端，在垂直于上述第一轴线的截面中距上述第一轴线的距离随着朝向后端而逐渐变大；上述第 二倾斜面形成于上述钻头的上述安装孔的后端部分，在垂直于上述第二轴线的截面中距上述第二轴线的距离随着朝向后端而逐渐变大；在 上述安装部的上述第一轴线与上述安装孔的上述第二轴线一致的情况 下，上述第一倾斜面和上述第二倾斜面分离；在发生变位而使得上述 第一轴线和上述第二轴线不一致的情况下，上述第一倾斜面和上述第 二倾斜面彼此接触。此时，在因弯曲应力施加于钻杆而导致变位使得 钻杆的第一轴线与钻头的第二轴线不一致时，第一倾斜面和第二倾斜 面接触，能够由钻杆后端侧的外径大且刚性高的部分承受该弯曲应力， 故能够切实地防止弯曲应力造成的钻杆折损和螺紋破损。根据本发明，能够提供可通过确保钻杆和钻头的刚性来提高钻削 速度而高效地进行钻削作业、且不容易因钻削时的冲击而导致钻杆和 钻头分离的钻杆、钻头以及钻削工具。


图l是本发明第一实施方式的钻削工具的侧剖视图。图2是构成图1所示钻削工具的钻杆的侧视图。图3是图2所示钻杆的阳螺紋终止部的说明图。图4是构成图1所示钻削工具的钻头的侧剖视图。图5是图4所示钻头的前端面图。图6是本发明第二实施方式的钻削工具的侧剖视图。图7是构成图6所示钻削工具的钻头的侧剖视图。图8是表示FEM分析结果的图。附图标记说明10钻削工具20钻杆22安装部25平^f亍阳螺紋部26第二扩径部27阳螺紋终止部30钻头40安装孔42第一扩径孔43平行阴螺紋部45阴螺紋终止部具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施方式。图1表示本发明第一实施方式的钻削工具。图2和图3表示本实施方式的钻削工具所使用的 钻杆。图4和图5表示本实施方式的钻削工具所使用的钻头。钻削工具10是用于安装在钻削机械上来钻削基岩等被钻削物的工 具。如图1所示，钻削工具10包括直接与被钻削物撞击的钻头30和 支撑该钻头30的钻杆20。如图2所示，钻杆20包括沿第一轴线Cl延伸的六棱柱状的杆本 体21、和从该杆本体21的前端(图2中的右侧)起沿着第一轴线C1 延伸的安装部22。安装部22包括形成于其前端部分的直径最小的小径部23、和经由 第一扩径部24而与小径部23的后端相连的平^f于阳螺紋部25，平4亍阳 螺紋部25的后端经由笫二扩径部26与上述杆本体21相连。在平行阳螺紋部25的外周面形成有螺紋底径一定的螺距为Pl的 阳螺紋。该平行阳螺紋部25处的螺紋牙的高度和螺紋槽的深度一定。 平行阳螺紋部25在第一轴线Cl方向上的长度Ll相对于螺距Pl被设 定为Ll > 3.8 x Pl。从小径部23的前端面到平行阳螺紋部25的后端之 间在第一轴线Cl方向上的长度L相对于平行阳螺紋部25的螺紋底径 D被设定为L《2.5xD。形成于平行阳螺紋部25上的阳螺紋的后端与形成于上述第二扩径 部26前端的阳螺紋终止部(不完全螺紋部)27相连地设置。如图3所示，阳螺紋终止部27的螺紋牙部分距第一轴线Cl的距 离随着朝向后端侧而逐渐增大。阳螺紋终止部27在包含第一轴线Cl 的截面上的螺紋槽部分的曲率半径R2设定成，大于形成于上述平行阳 螺紋部25的阳螺紋在包含第一轴线Cl的截面上的螺紋槽部分的曲率 半径Rl。阳螺紋终止部27在第一轴线Cl方向上的长度11为螺距Pl 以下。在图3中，用实线表示阳螺紋终止部27的螺紋形状，用虚线表 示不对平行阳螺紋部25进行扩径而终止时的不完全螺紋部形状。在本实施方式中，如下进行阳螺紋加工。在固定切削刀具的状态 下，以旋转一周前进一个螺距的方式使安装部22沿第一轴线Cl方向 移动，从而在安装部22 (平行阳螺紋部25)的外周面形成螺距P1的 阳螺紋。通过使切削刀具向离开第一轴线C1的方向逐渐后退，而形成第二扩径部26的阳螺紋终止部27的终止部分和扩径部分。通过这样形成阳螺紋终止部27，使得形成于第二扩径部26的螺紋 槽在包含第一轴线Cl的截面上的曲率半径R2大于形成于平行阳螺紋 部25的螺紋槽在包含第一轴线Cl的截面上的曲率半径Rl。也就是说， 在设第二扩径部26和平行阳螺紋部25所成的角度为a的情况下，当 平行阳螺紋部25的螺距为Pl时，第二扩径部26的沿着锥面的螺距P2 增大为Pl/cosa，从而螺紋槽的曲率半径R2也增大。钻杆20的安装部22 -包含形成于上述平行螺紋部25和阳螺紋终 止部27上的阳螺紋的螺紋槽部分在内-形成为，垂直于第一轴线Cl 的截面上的距笫一轴线Cl的最小距离在后端侧并不比前端侧小。在钻杆20上设置有流体供给孔28，该流体供给孔28在钻杆20的 前端面开口并沿第一轴线Cl延伸。如图4和图5所示，钻头30的外形形成为大致圆柱状，前端(图 4中的右侧)部分是与基岩等被钻削物直接撞击而破坏被钻削物的刀尖 部31。刀尖部31形成为外径朝前端逐渐扩大。在刀尖部31的前端面 设有与钻头30的第二轴线C2垂直相交的中央圆形面32、和与中央圆 形面32的外周相连并稍向径向外侧后方倾斜的环状面33。在中央圆形面32中，埋设有多个由硬质合金等硬质材料构成且前 端呈半球面状突出的圆柱状钮形钻尖34。而且，在中央圆形面32上形 成有多个与后述的安装孔40连通的流体排出孔35的开口部35A。在本 实施方式中，如图5所示，沿周向等间隔(120。间隔)地配置三个钮 形钻尖34，并且，沿周向等间隔(120。间隔)地配置三个开口部35A。 沿周向交替地配置钮形钻尖34和开口部35A。在环状面33中，埋设有多个由硬质合金等硬质材料构成且前端呈 半球面状突出的、外径大于埋设于中央圆形面32中的钮形钻尖34的 圆柱状大径钮形钻尖36。形成该大径钮形钻尖36的圆柱的轴线与上述 环状面33垂直。也就是说，该大径钮形钻尖36的半球面朝向钻头30 的前端侧且朝向径向外侧配置。在本实施方式中，如图5所示，沿周向等间隔地配置三个以两个 大径钮形钻尖36为一组的大径钮形钻尖对37。在这些大径钮形钻尖对37之间，形成向径向内侧凹入并从前端朝 向后端延伸的第一钻屑排出槽38。在形成一个大径钮形钻尖对37的两个大径钮形钻尖36之间，形成深度比上述第一钻屑排出槽38浅的第 二钻屑排出槽39。在本实施方式中，沿周向等间隔(120。间隔)地配 置三个第一钻屑排出槽38，并沿周向等间隔(120。间隔)地配置三个 第二钻屑排出槽39，而且，第一钻屑排出槽38和第二钻屑排出槽39 沿周向交替地配置。在钻头30上形成有安装孔40，该安装孔40朝向后端(图4中的 左侧)开口并沿第二轴线C2延伸。安装孔40包括形成于其前端的小径孔41、与小径孔41的后端相 连的第一扩径孔42、与第一扩径孔42的后端相连的平行阴螺紋部43、 以及与平行阴螺紋部43的后端相连的第二扩径孔44，并且，该安装孔 在钻头30的后端面开口。在平行阴螺紋部43的内周面形成有螺紋底径一定的螺距为Pl的 阴螺紋。平行阴螺紋部43在第一轴线C1方向上的长度为L2。在平行 阴螺紋部43中，螺紋牙的高度和螺紋槽的深度一定。形成于平行阴螺紋部43的阴螺紋的前端与从上述第一扩径孔42 形成至小径孔41的阴螺紋终止部45相连。阴螺紋终止部45的螺紋槽部分距第二轴线C2的距离随着朝向前 端而逐渐减小。阴螺紋终止部45的螺紋槽部分在包含第二轴线C2的 截面上的曲率半径设定成，大于形成于上述平行阴螺紋部43上的阴螺 紋的螺紋槽部分在包含第二轴线C2的截面上的曲率半径。阴螺紋终止 部45在第二轴线C2方向上的长度12为螺距P1以下。钻头30的安装孔40-包含形成于上述平行阴螺紋部43和阴螺紋 终止部45上的阴螺紋的螺紋槽部分在内-形成为，垂直于第二轴线 C2的截面上的距笫二轴线C2的最大距离在后端侧并不比前端侧小。在小径孔41的前端设置沿第二轴线C2延伸并与上述流体排出孔 35连通的连通孔46。通过螺紋接合这样构成的钻杆20和钻头30来构成本实施方式的 钻削工具10。通过将钻杆20的安装部22插入钻头30的安装孔40并螺紋接合平 行阴螺紋部43和平行阳螺紋部25，以钻杆20的第一轴线Cl和钻头 30的第二轴线C2 —致的方式结合钻杆20和钻头30。钻杆20的小径 部23的前端面与钻头30的小径孔41的底面抵接，从而连接流体供给孔28和连通孔46。
在钻削工具10中进行如下设定，即，在钻杆20和钻头30螺紋接 合且钻杆20的小径部23的前端面与钻头30的小径孔41的底面相抵接 的状态下，如图1所示，平行阳螺紋部25的前端Ml与阴螺紋终止部 45的后端Fl在第一轴线Cl (第二轴线C2)方向上的距离Dl，大于 阳螺紋终止部27的前端M2与平行阴螺紋部43的后端F2在第一轴线 Cl (第二轴线C2)方向上的距离D2。
在本实施方式中，钻杆20的硬度设定得高于钻头30的硬度，其 硬度差为HRC6点以上。
这样构成的钻削工具10的钻杆20的后端侧安装于未图示的钻削 机械上，利用安装于钻削机械上的冲击装置进行驱动， 一边使钻杆20 绕第一轴线C1旋转一边赋予其冲击力和推力。该旋转力、冲击力和推 力从钻杆20传递到钻头30，从而钻头30 —边绕第二轴线C2旋转一边 与基岩等被钻削物相撞击。这样，利用埋设在钻头30的前端部分的由 硬质合金等硬质材料构成的钮形钻尖34和大径钮形钻尖36来破坏被 钻削物而进行钻削。
此时，从钻削机械供给到流体供给孔28的流体经由连通孔46和 流体排出孔35从钻头30前端的开口部35A排出，从而钻屑通过第一 钻屑排出槽38和第二钻屑排出槽39排出到外部。
这样， 一边对钻头30赋予推力一边使其反复与被钻材料相撞击， 从而对钻头30和钻杆20赋予由撞击所产生的反力的负荷。
根据本实施方式的钻削工具10，由于钻杆20的安装部22形成为， 垂直于第一轴线Cl的截面上的距第一轴线Cl的最小距离在后端侧并 不比前端侧小，故能够确保钻削时被施加大弯曲应力的钻杆20的后端 部分处的外径尺寸。另外，由于并未形成导致刚性不足的退刀部，故 能够防止因上述弯曲应力所导致的钻杆20折损的问题。
而且，钻头30的安装孔40形成为，垂直于笫二轴线C2的截面上 的从第二轴线C2到安装孔40的内表面的最大距离在后端侧并不比前 端侧小。因此，能够确保钻削时钻头30中被施加最大负荷的钻头30 的前端部分的壁厚。另外，由于并未形成导致刚性不足的退刀部，故 能够防止因上述负荷所导致的钻头30破损的问题。
根据本实施方式，由于确保了钻杆20和钻头30的刚性，故即使因提高钻削工具10的钻削速度而导致负荷增加，也能够防止钻杆20 和钻头30的折损和破损、能够高效地进行钻削作业。
另外，由于钻杆20和钻头30并不是以锥形螺紋而是以平行阳螺 紋部25和平行阴螺紋部43的螺紋接合而结合的，故即使在因钻削时 的沖击而作用使钻头30和钻杆20分离的力的情况下，也能够防止钻 头30和钻杆20容易地分离。另外，由于非锥状的阴螺紋和阳螺紋容 易加工，故能够以低成本制作钻头30和钻杆20。
在上述钻杆20中，阳螺紋终止部27形成至第二扩径部26,故能 够确保阳螺紋终止部27的外径尺寸，能够进一步提高钻杆20的刚性。
而且，阳螺紋终止部27的螺紋槽部分的曲率半径R2大于形成于 平行阳螺紋部25上的阳螺紋的螺紋槽部分的曲率半径Rl，故能够使 得阳螺紋终止部27的切除部分形成得小(壁厚形成得厚)，能够降低 阳螺紋终止部27的应力集中，能够切实地提高钻杆20的刚性。
另外，由于阳螺紋终止部27在第一轴线Cl方向上的长度ll为螺 距Pl以下，故不必将不进行螺紋接合的阳螺紋终止部27形成为必要 长度以上，能够进一步提高钻杆20的刚性。
此外，由于将平行阳螺紋部25在第一轴线Cl方向上的长度Ll相 对于螺距P1设定为Ll>3.80xpi,故能够确保平行阳螺紋部25中的 螺紋牙的数量，从而能够抑制作用于一个螺紋牙的载荷。因此，能够 使平行阳螺紋部25中的螺紋的早期磨损和紧固扭矩所造成的应力集中 分散，从而能够延长钻杆20的寿命。
而且，由于将安装部20的前端面到平行阳螺紋部25后端之间在 第一轴线Cl方向上的长度L相对于平行阳螺紋部25的螺紋底径D设 定为L《2.5xD，故能够抑制平行阳螺紋部25后端的螺紋槽部分所负 荷的弯曲应力，从而能够防止平行阳螺紋部25的折损。
在上述钻头30中，由于阴螺紋终止部45从第一扩径孔42形成至 小径孔41,故能够确保阴螺紋终止部45部分的壁厚，从而能够进一步 提高钻头30的刚性。
而且，阴螺紋终止部45在包含笫二轴线C2的截面上的螺紋槽部 分的曲率半径被设定成，大于形成于平行阴螺紋部43上的阴螺紋在包 含第二轴线C2的截面上的螺紋槽部分的曲率半径，故能够使得形成于 阴螺紋终止部45的切除部分形成得小、壁厚增加，能够降低阴螺紋终止部45处的应力集中，能够切实地提高钻头30的刚性。
另外，由于将阴螺紋终止部45在第二轴线C2方向上的长度12设 定为螺距Pl以下，故不必将不进行螺紋接合的阴螺紋终止部45形成 为必要长度以上，能够进一步提高钻头30的刚性。
在使上述钻杆20和上述钻头30螺紋接合的状态下，平行阳螺紋 部25的前端Ml与阴螺紋终止部45的后端Fl在第一轴线Cl(第二轴 线C2)方向上的距离Dl，大于阳螺紋终止部27的前端M2与平行阴 螺紋部43的后端F2在第一轴线Cl (第二轴线C2 )方向上的距离D2， 故钻头30的平行阴螺紋部43的后端和阳螺紋终止部27的咬入在钻杆 20的平行阳螺紋部25前端和阴螺紋终止部45咬入之前发生。在此， "咬入"是指通过不完全螺紋部的螺紋接合而挖去螺紋表面的状态。
因此，能防止钻杆20前端的平行阳螺紋部25的咬入，从而能够 进一步延长钻杆20的寿命。另外，即使在发生螺紋咬入的情况下，由 于发生部位是在安装孔40的开口部附近，故也能够比较容易地进行钻 杆20和钻头30的拆除等处理。而且，在本实施方式中，由于钻杆20 的硬度设定得比钻头30的硬度高HRC6点以上，故能够切实地防止因 咬入而导致的平行阳螺紋部25 (钻杆20)的损伤。
下面参照图6 图7来说明本发明第二实施方式的钻削工具110。 与第一实施方式相同的部分采用相同的附图标记。
在第二实施方式的钻削工具110中，钻杆20与第一实施方式相同， 只有钻头130不同。图6表示第二实施方式的钻削工具110。图7表示 构成钻削工具110的钻头130。
在钻头130上形成安装孔140，该安装孔140朝向后端(图6中的 左側)开口并沿第二轴线C3延伸。
安装孔140包括形成于其前端的小径孔141、与小径孔141的后 端相连的第一扩径孔142、与第一扩径孔142的后端相连的平行阴螺紋 部143、与平行阴螺紋部143的后端相连的第二扩径孔144、形成于第 二扩径孔144的更后端且内径一定的定直径孔147、以及形成于定直径 孔147的后端的第三扩径孔148，并且，该安装孔140在钻头130的后 端面上开口。形成于平行阴螺紋部143的阴螺紋的前端与从上述第一 扩径孔142形成至小径孔141的阴螺紋终止部145相连。
第三扩径孔148的内周面朝向后端扩径的角度与上述钻杆20的第二扩径部26的外周面朝向后端扩径的角度相同。
钻头130与上述钻杆20螺紋接合从而构成钻削工具110。 在钻杆20的第一轴线C1和钻头130的第二轴线C3—致的情况下，
如图6所示，钻头130的第三扩径孔148的内周面与钻头20的第二扩
径部26的外周面分离地配置。
在上述结构的钻削工具110中，在施加于钻削工具110的负荷对
钻杆20施加弯曲应力而导致产生变位、使得钻杆20的第一轴线C1和
钻头130的第二轴线C3交叉时，钻头130的第三扩径孔148的内周面
和钻杆20的第二扩径部26的内周面接触，从而能够由钻杆20后端侧
的外径大且刚性高的部分承受该弯曲应力。因此，能够切实地防止弯
曲应力给钻杆20造成的折损和螺紋破损。
以上对本发明实施方式的钻削工具进行了说明，但本发明并不局
限于此，在不脱离本发明的技术思想的范围内可进行适当的变更。
例如，安装部的形状不限于本实施方式，只要是垂直于第一轴线
C1的截面上的距第一轴线C1的最小距离在后端侧不小于前端侧即可。 同样，安装孔的形状也不限于本实施方式，只要是垂直于第二轴
线C2、 C3的截面上的距第二轴线C2、 C3的最大距离在后端侧不小于
前端侧即可。
已经以钻杆20的杆本体21为六棱柱形状的情况为例进行了说明， 但并不局限于此，杆本体也可以形成为圆柱状。
配置于钻杆前端面的钮形钻尖和大径钮形钻尖的尺寸、个数、配 置也不局限于本实施方式，优选根据钻削工具的外径和被钻削物等来 进行适当的设定。
也可以在本实施方式中说明的钻杆上螺紋接合其它钻头来构成钻 削工具。在此情况下，由于确保了钻杆的刚性，故也能够提高钻削速 度、进行高效的钻削作业，并且能够抑制折损事故的发生。
实施例
下面说明对本发明中的平行阳螺紋部的长度11进行研究的结果。 在考虑钻杆刚性的情况下，切除钻杆外周面而得到的平行阳螺紋 部的长度L1较短为好。尤其是在钻削时承受弯曲载荷的、距前端部分 的长度长而其外径小的部分，应力最大而容易导致折损，故形成螺紋 槽的平行阳螺紋部的长度较短为好。另一方面，由旋转力和推力所施加的轴线方向的载荷作用于螺紋 牙部分。因此，在考虑到施加于每个螺紋牙的载荷的情况下，优选螺紋牙的数量多，平行阳螺紋部的长度L1较长为好。因此，对平行阳螺紋部的长度、和由施加于螺紋牙部分的轴向载 荷以及施加于钻杆的弯曲载荷所产生的最大应力，进行FEM分析。在FEM分析中，平行阳螺紋部的长度Ll设定为34mm和49mm 这两个条件。另外，螺距P1设定为12.7mm。分别计算出在该模型上 施加轴向载荷和弯曲栽荷时的最大应力，并对该结果进行线性近似。图8表示分析结果。如图8所示，在施加轴向载荷的情况下，随着平行阳螺紋长度L1 的增大，最大应力急剧减小。而在施加弯曲载荷的情况下，随着平行 阳螺紋长度L1的增大，最大应力平緩地增大。也就是说，较之由弯曲 栽荷所产生的应力，由轴向栽荷所产生的应力更容易受到平行阳螺紋 部的长度Ll的影响，从该分析结果可以确认，若考虑到由弯曲载荷所产生的应力和由 轴向载荷所产生的应力，则在螺距Pl-12.7mm的情况下，优选将平行 阳螺紋长度L1设定为48.26mm ( 3.8 x Pl )以上。上面对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不局限于这 些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，可进行结构的追加、省 略、置换以及其它改变。本发明并不由上述说明所限定，而是由所附 权利要求书来限定。产业上的可利用性根据本发明，可提供能够通过确保钻杆和钻头的刚性来提高钻削 速度而高效地进行钻削作业、且不容易因钻削时的冲击而导致钻杆和 钻头分离的钻杆、钻头以及钻削工具。
权利要求
1.一种钻杆，具有朝向前端突出并沿第一轴线延伸的安装部；上述安装部具备在垂直于上述第一轴线的截面中距上述第一轴线的最小距离一定的平行阳螺纹部、以及与上述平行阳螺纹部的后端相连且上述最小距离朝向后端扩大的阳螺纹终止部，并且，上述安装部形成为，上述最小距离并不从前端朝向后端减小；上述阳螺纹终止部的后端配置于距上述第一轴线的距离从上述平行阳螺纹部朝向后端逐渐扩大的面上。
2. 如权利要求l所述的钻杆，其特征在于，上述阳螺紋终止部在 包含上述笫一轴线的截面上的螺紋槽部分的曲率半径，大于形成于上 述平行阳螺紋部上的阳螺紋在包含上述第一轴线的截面上的螺紋槽部 分的曲率半径。
3. 如权利要求l所述的钻杆，其特征在于，上述阳螺紋终止部在 上述第一轴线方向上的长度11为上述平行阳螺紋部的螺距P以下。
4. 如权利要求l所述的钻杆，其特征在于，从上述安装部的前端 面到上述平行阳螺紋部后端在上述笫一轴线方向上的长度L相对于上 述平行阳螺紋部的螺紋底径D被设定为L《2.5xD;并且，上述平行阳螺紋部在上述第一轴线方向上的长度L1相对于上述平 行阳螺紋部的螺距P被设定为Ll > 3.8 x p。
5， 一种钻头，具有朝后端开口并沿第二轴线延伸的安装孔；上述安装孔具备在垂直于上述第二轴线的截面中距上述第二轴线 的最大距离一定的平行阴螺紋部、以及与上述平行阴螺紋部的前端相 连且上述最大距离朝向前端缩小的阴螺紋终止部，并且，上述安装孔 形成为，上述最大距离并不从前端朝向后端减小；上述阴螺紋终止部的前端配置于距上述第二轴线的距离小于上述 平行阴螺紋部的面上。
6. 如权利要求5所述的钻头，其特征在于，上述阴螺紋终止部在 包含上述笫二轴线的截面上的螺紋槽部分的曲率半径，大于形成于上 述平行阴螺紋部的阴螺紋在包含上述第二轴线的截面上的螺紋槽部分 的曲率半径。
7. 如权利要求5所述的钻头，其特征在于，上述阴螺紋终止部在 上述第二轴线方向上的长度12为上述平行阴螺紋部的螺距P以下。
8. —种钻削工具，通过螺紋接合权利要求1所述的上述钻杆的上 述平行阳螺紋部和权利要求5所述的上述钻头的上述平行阴螺紋部而 构成。
9. 如权利要求8所述的钻削工具，其特征在于，在上述钻杆和上 述钻头螺紋接合的状态下，上述平行阳螺紋部的前端与上述阴螺紋终 止部的后端在上述第一轴线方向上的距离，大于上述阳螺紋终止部的 前端与上述平行阴螺紋部的后端在上述第一轴线方向上的距离。
10. 如权利要求8所述的钻削工具，其特征在于，具有第一倾斜 面和第二倾斜面，所述第一倾斜面形成于上述钻杆的上述安装部的后 端部分，垂直于上述第一轴线的截面上的距上述第一轴线的距离随着 朝向后端而逐渐变大；上述第二倾斜面形成于上述钻头的上述安装孔 的后端部分，垂直于上述第二轴线的截面上的距上述第二轴线的距离 随着朝向后端而逐渐变大；在上述安装部的上述第一轴线与上述安装孔的上述第二轴线一致 的情况下，上述第一倾斜面和上述第二倾斜面分离；在发生变位而使得上述第一轴线和上述第二轴线不一致的情况 下，上迷第一倾斜面和上述第二倾斜面彼此接触。
全文摘要
本发明提供一种钻杆、钻头和钻削工具。在该钻杆中，具有朝向前端突出并沿第一轴线延伸的安装部(2)；安装部具备在垂直于第一轴线的截面中距第一轴线的最小距离一定的平行阳螺纹部、以及与平行阳螺纹部的后端侧相连且上述最小距离扩大的阳螺纹终止部，并且，上述安装部形成为，上述最小距离并不从前端侧朝向后端侧减小；阳螺纹终止部的后端配置于距第一轴线的距离从平行阳螺纹部朝向后端侧逐渐扩大的面上。
文档编号E21B17/02GK101321925SQ200680045830
公开日2008年12月10日 申请日期2006年11月21日 优先权日2005年12月9日
发明者久田仁也, 小泉匡弘, 铃木孝司 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社;古河凿岩机械株式会社