DE60208602T2

DE60208602T2 - Schleifmittel und dieses verwendendes Bohrverfahren

Info

Publication number: DE60208602T2
Application number: DE60208602T
Authority: DE
Inventors: Mitsubishi Materials Corp. Shigeru Chiyoda-ku Mazaki; Nippon Diamond Co. Tsuyoshi Yokohama-shi Kawahara
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Nippon Diamond Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Nippon Diamond Co Ltd
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: CN1280517C; KR20020081063A; US6959771B2; EP1249481B1; JP4053297B2; DE60208602D1; EP1249481A3; EP1249481A2; JP2002370167A; US20020182018A1; KR100841950B1; CN1380483A; TW587001B; ATE315622T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrverfahren und eine Bohrvorrichtung unter Einsatz eines Schleifmittels, das vorteilhaft zum Schärfen von Diamantsegmenten eines Kernbits verwendet werden kann, wenn ein Arbeitsmaterial wie Asphalt oder Beton durch das Kernbit gebohrt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlich ist zum Bohren eines Arbeitsmaterials wie Asphalt, Beton oder dergleichen ein Bohrverfahren bekannt, bei welchem eine kreisförmige Nut in das Arbeitsmaterial geschnitten wird, wobei ein Kernbit, das Diamantsegmente mit Diamantschleifkörnern oder dergleichen besitzt, die an der distalen Endöffnung eines Zylinderkerns angebracht sind, gegen das Arbeitsmaterial gepresst wird, während es durch eine Antriebsquelle wie einen Motor rotiert wird.
Die Diamantsegmente werden gebildet, indem Diamantschleifkörner oder dergleichen in einer Binderphase verteilt werden, die durch Sintern eines Bindermaterials wie einem Metallverbund hergestellt ist. Um einen vorteilhaften Bohrzustand aufrecht zu erhalten, wirken die neuen Diamantschleifkörner in den inneren Schichten in einer Sequenz nach einem geeigneten Verschleißbetrag des Bindermaterials erscheinen, wodurch das gefördert wird, was als Selbstschärffunktion oder Schärffunktion bezeichnet wird, nachdem die Diamantschleifkörner an der äußersten Oberfläche ihre Kapazität verloren haben, als Schleifklinge zu dienen, aufgrund von Verschlechterung und Defekten.
4 zeigt ein Beispiel eines Kernbits mit dieser Art von Struktur und ist eine explosionsartige Perspektivansicht, die den distalen Endteil zeigt. In dieser Zeichnung ist Bezugszeichen 110 ein Schaft und Bezugszeichen 310 sind Diamantsegmente. Wie in 4 gezeigt, sind an dem distalen Endteil 110a, der das offene Ende des zylindrischen Schaftes 110 ist, welcher um eine Achse rotiert, mehrere Diamantsegmente 310 in vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung derart angebracht, um von dem distalen Ende des Schaftes 110 hervorzustehen, beispielsweise durch Löten oder Laserschweißen. Ferner ist in der Radialrichtung des Schaftes 110 die Dicke der Diamantsegmente 310 derart gebildet, um dicker zu sein als die Dicke des Schaftes 110, das heißt der Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche und der äußeren Umfangsfläche des Schaftes 110. Darüber hinaus sind die Diamantsegmente 310 durch die Diamantschleifkörner W oder dergleichen gebildet, die in einer Binderphase verteilt sind, welche durch Sintern eines Bindermaterials wie Metallverbund hergestellt ist.
Falls allerdings das Arbeitsmaterial hart ist, ist, da die Späne zu Feinpartikeln zerkleinert werden, nicht nur die Verwirklichung der Schärfungsfunktion der Diamantsegmente unmöglich, sondern die Späne haften an dem Bindermaterial an, die Diamantschleifkörner werden umgeben, und ein keramikartiger Zustand wird gebildet, der eine Oberfläche besitzt, die dicht und glatt ist. Die Förderung von Reibungswärme wird dadurch hervorgebracht, was als thermische Belastung bezeichnet wird. Dabei wird, wie beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (erste Veröffentlichung) Nr. Hei 4-319408 und entsprechend GB 2,255,299 A offenbart, ein Bohrverfahren verwendet, bei welchem während des Bohrens des Arbeitsmaterials Schleifkörner wie Aluminium, Siliziumkarbid, oder Formsand und Schleifpulver zu dem Bohrelement als Schleifmittel zugeführt werden, welches die Diamantsegmente schärft. Gleichzeitig wird die Reibung der Diamantsegmente infolge des Bohrens durch Kühlen der Diamantsegmente unter Einsatz eines Trockenverfahrens vermindert, bei welchem ein Gas wie Luft zu dem Bohrelement als Kühlfluid zugeführt wird, oder unter Einsatz eines Nassverfahrens, bei welchem ein Fluid wie Wasser zu dem Bohrelement zugeführt wird.
Außer beim Bohren vergleichsweise seichter Löcher verwenden tatsächliche Bohrvorgänge im allgemeinen ein Nassverfahren, das Wasser oder dergleichen einsetzt. Insbesondere in Fällen, in denen ein Loch mit einer Tiefe von einem Meter oder mehr erforderlich ist, beispielsweise wenn Rohre durch Bohren der Wand eines Kernkraftwerks oder durch Bohren eines dicken Arbeitsmaterials wie des Balkens einer Struktur montiert werden, muss man sich herkömmlicher Weise auf das Nassverfahren verlassen. Dies kommt daher, dass in dem Falle des Bohrens eines tiefen Lochs durch das Trockenverfahren, selbst wenn das Kühlfluid wie Druckluft zusammen mit dem Schleifmittel zu dem distalen Ende des Kernbits zugeführt werden kann, es in dem schmalen Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des Kernbits und der inneren Umfangswand der geschnittenen Nut, die gerade geschnitten wird, blockiert wird, und daher kann nicht ausreichend Druckluft und Schleifmittel zu dem distalen Ende der Diamantsegmente zugeführt werden. Insbesondere in dem Falle des Bohrens eines tiefen Lochs durch das Trockenverfahren gibt es ein Problem, dass die Schleifmittel fest hängen, bevor sie an dem distalen Ende des Kernbits ankommen, und als Ergebnis hieraus werden die Diamantsegmente nicht ausreichend geschärft. Zwischen Diamantschleifkörnern der Diamantsegmente unter den Regionen, die sich zu der oberen Axialrichtung von den Diamantsegmenten erstrecken, dem Teil, der durch die geneigte Linie in 4 (in der Figur durch R gezeigt) eingegeben ist, tritt eine Belastung infolge der Späne auf, die Bohrgeschwindigkeit nimmt infolge einer Erwärmung des Kernbits ab, und in dem Falle eines Bohrens eines harten Arbeitsmaterials wie harten Stahlbeton besteht das Problem, dass Bohren nur teilweise ausgeführt werden kann. Wenn daher das Trockenverfahren angewendet wird, ist es in dem Falle, dass die Bohrgeschwindigkeit abnimmt, erforderlich, den Vorgang zu unterbrechen und das Kernbit herauszuziehen und zu kühlen, oder das Schärfen der Diamantsegmente unter Einsatz eines Schärfens auszuführen, oder das Kernbit zu ersetzen, und diese Vorgänge bringen eine beträchtliche Zunahme an Arbeit und Zeit mit sich.
Aus diesen Gründen wurde herkömmliches Bohren im allgemeinen durch das Nassverfahren ausgeführt. Allerdings wird in den meisten Fällen die Arbeit ausgeführt, während Personen in den Strukturen wohnen, die Gegenstand der Arbeit sind, und daher ist es häufig wünschenswert, den Einsatz dieses Nassverfahrens zu vermeiden, das Wasser einsetzt, da der Schlamm, in welchem die Späne und der Staub gemischt werden, da ein Trocknen des Schlamms eine Verschlechterung der Wohnumgebung verursacht. Im Gegensatz hierzu kann in dem Falle des Trockenverfahrens unter Einsatz von Luft oder dergleichen der erzeugte Staub durch eine Staubsammelvorrichtung gesammelt werden.
Um daher eine Kontamination der Umgebung zu verhindern, gibt es eine starke Nachfrage zum Ausführen des Bohrens tiefer Löcher unter Einsatz des Trockenverfahrens, während es gleichzeitig das Problem gibt, dass bei Einsatz des Trockenverfahrens gegenwärtig die Arbeit und Zeit für den Bohrvorgang drastisch ansteigt.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schleifmittel bereitzustellen, das die Wärmeerzeugung des Kernbits infolge des Bohrens vermindern kann und das Bohren eines tiefen Lochs ermöglichen kann, während die Bohrgeschwindigkeit beim Bohren eines tiefen Lochs unter Einsatz des Trockenverfahrens aufrechterhalten wird, und ein Bohrverfahren sowie eine Bohrvorrichtung bereitzustellen, die dasselbe verwenden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Trockenbohrverfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 bzw. 3 sowie Bohrvorrichtungen nach den Ansprüche 4, 5 bzw. 6 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. In dem Verfahren gemäß der Erfindung kann das Bohren eines tiefen Lochs durch das Trockenbohrverfahren ausgeführt werden, bei welchem die Wärmeerzeugung durch das Bohren des Kernbits vermindert ist, und während die Bohrgeschwindigkeit ohne eine Verminderung aufrechterhalten wird, kann das Bohren eines tiefen Lochs unter Einsatz eines Trockenverfahrens ausgeführt werden.
Die erste Zielrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Trockenbohrverfahren nach Anspruch 1.
Die Schleifkörner können zumindest eines von Aluminium, Siliziumkarbid, Formsand und Schleifpulver sein, um das Schärfen der Diamantsegmente auszuführen.
Da die Fluidität des in Anspruch 1 genannten Schleifmittels hoch ist, wird es selbst in dem Falle des Bohrens eines tiefen Lochs möglich, ausreichend Schleifmittelkörner zu den Diamantsegmenten an dem distalen Ende des Kernbits zuzuführen, das Schärfen der Diamantsegmente kann effizient ausgeführt werden, und die infolge des Bohrens durch das Kernbit erzeugte Wärme kann vermindert werden, indem ein Laden der Diamantsegmente durch die Späne verhindert wird. Zusätzlich wird infolge der Partikel aus wasserfreiem Silizium die Fluidität der Späne in ähnlicher Weise erhöht, und daher verstopfen die Späne nicht an dem distalen Ende des Kernbits und können effizient ausgestoßen werden, und die Wärmeerzeugung durch das Kernbit kann vermindert werden, indem die Reibungswärme zwischen den Spänen und dem Arbeitsmaterial abgesenkt wird. Auf diese Weise kann das Bohren eines tiefen Lochs unter Einsatz eines Trockenverfahrens ausgeführt werden, das die Wärmeerzeugung durch das Kernbit vermindert, während die Bohrgeschwindigkeit ohne Verminderung aufrechterhalten wird.
Wasserfreie Siliziumpartikel durch Hochtemperaturhydrolyse von Siliziumtetrachlorid in einer Sauerstoff-Wasserstoffflamme bei 1000°C oder mehr erzeugt, beispielsweise durch folgende Reaktion: 2H2 + O2 + SiCl4 – SiO2 + 4HCl .
Darüber hinaus sind die Partikel aus wasserfreiem Silizium nicht toxisch, und da sie in inert sind, gibt es keine Gefahr, dass sie entflammt werden und explodieren, selbst wenn sie die Luft mit hoher Konzentration füllen, und daher kann der Bohrvorgang sicher ausgeführt werden.
Gemäß Anspruch 2 kann, da das wasserhaltige Harz Wasser ausstößt, wenn das wasserhaltige Harz durch die Diamantsegmenten gepresst wird oder die Temperatur des wasserhaltigen Harzes ansteigt, das Wasser zuverlässig zu den Diamantsegmenten zugeführt werden, und die Diamantsegmente können effizient durch die beim Verdampfen des Wassers absorbierte Wärme gekühlt werden.
Ferner, selbst wenn das wasserhaltige Harz zu der stromabwärts gelegenen Seite des Bohrelements geführt wird, ohne durch die Diamantsegmente gepresst zu werden, stößt es das Wasser nicht aus, selbst wenn es auf die Innenseite der Staubsammelvorrichtung oder das Arbeitsmaterial stößt. Daher benässt das Schleifmittel nicht das Innere der Staubsammelvorrichtung, das Arbeitsmaterial oder die Umgebung hiervon.
Zusätzlich können, anders als beim Nassverfahren, da Wasser intensiv nur zu den Diamantsegmenten zugeführt werden kann, die Diamantsegmente effizient gekühlt werden, und selbst in dem Fall, dass die Menge des zugeführten wasserhaltigen Harzes erhöht wird, um den Anstieg der Reibungswärme zu vermindern, leckt dieses nur in den Bereich der Umgebung der Diamantsegmente aus. Daher kann selbst in dem Falle, dass das Loch durch das Trockenbohrverfahren gebohrt wird, die Wärmeerzeugung durch die Kernbits vermindert werden, die Bohrgeschwindigkeit kann ohne eine Verminderung aufrechterhalten werden, und daher kann das Bohren eines tiefen Lochs durch das Trockenverfahren ausgeführt werden.
Das wasserhaltige Harz kann ein Styrolharz sein, in welchem eine Schwefelsäuregruppe (-SO3) als Austauschgruppen dient. Das wasserhaltige Harz kann leicht durch Wasser permeiert werden und eine hohe Fluidität besitzen, und enthält Wasser von 40 bis 60 Gewichtsprozent, wenn das wasserhaltige Harz durch Wasser gequellt ist.
Das in Anspruch 2 genannte Schleifmittel kann ferner Partikel aus wasserfreiem Silizium mit einem Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und Silanolgruppe an der Oberfläche hiervon aufweisen.
In diese Falle wird infolge der wasserfreien Siliziumpartikel die Fluidität des Schleifmittels hoch, und es kann ausreichend Schleifmittel zu den Diamantsegmenten an dem distalen Ende des Kernbits zugeführt werden. Daher können die Diamantsegmente ferner durch effizientes Zuführen des wasserhaltigen Harzes in dem Schleifmittel zu den Diamantsegmenten gekühlt werden. Daher wird die Wärmeerzeugung durch das Bohren des Kernbits weiter vermindert, und während die Bohrgeschwindigkeit ohne eine Verminderung aufrechterhalten wird, kann das Bohren eines tiefen Lochs unter Einsatz eines Trockenverfahrens ausgeführt werden.
Gemäß Anspruch 3 können, da das Sublimat zuverlässig zu den Diamantsegmenten zugeführt werden kann, die Diamantsegmente effizient durch die beim Sublimieren des Sublimats absorbierte Wärme gekühlt werden. Ferner, anders als bei einem Kühlen unter Einsatz von Wasser, benässt das Sublimat nicht das Innere der Staubsammelvorrichtung, das Schleifmittel oder die Umgebung hiervon.
Zusätzlich, anders als beim Nassverfahren, da nur die Diamantsegmente intensiv gekühlt werden, können die Diamantsegmente effizient gekühlt werden, und es benässt nicht das Äußere und das Innere der Vorrichtung insgesamt. Daher wird selbst in dem Falle, dass ein tiefes Loch durch das Trockenverfahren gebohrt wird, die Wärmeerzeugung durch das Bohren des Kernbits vermindert, und während die Bohrgeschwindigkeit ohne eine Verminderung aufrechterhalten wird, kann das Bohren eines tiefen Lochs unter Einsatz eines Trockenverfahrens ausgeführt werden.
Das Sublimat kann zumindest eines von Paradichlorbenzol (Sublimationstemperatur: 1700°C) und Ammoniumchlorid (Sublimationstemperatur: 338°C) sein. Im Hinblick auf die Betriebsfähigkeit ist die Sublimationstemperatur des Sublimats bevorzugt Raumtemperatur (20°C) oder höher, und ist bevorzugt kleiner oder gleich als die Degradationstemperatur der Diamantschleifkörner und die Abbindetemperatur, bei welcher die Diamantsegmente anhaften, welche 700°C) beträgt. Zusätzlich beträgt, allgemein basierend auf der Wärmeerzeugungstemperatur beim Bohren, die Sublimationstemperatur 400°C oder weniger.
Das Schleifmittel kann ferner ein wasserhaltiges Harz aufweisen, dass Wasser ausstößt, wenn das wasserhaltige Harz durch die Diamantsegmente gepresst wird oder die Temperatur des wasserhaltigen Harzes ansteigt.
In diesem Falle kann das Bohren eines tiefen Lochs durch ein Trockenverfahren ausgeführt werden, bei welchem die Diamantsegmente effizient durch das wasserhaltige Harz und das Sublimat in dem Schleifmittel gekühlt werden können, ohne von der Staubsammelvorrichtung oder der Umgebung hiervon zu lecken, wobei die Wärmeerzeugung durch das Bohren des Kernbits vermindert ist und die Bohrgeschwindigkeit ohne eine Verminderung aufrechterhalten werden kann.
Das Schleifmittel kann ferner Partikel aus wasserfreiem Silizium mit einem Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und Silanolgruppen in der Oberfläche hiervon aufweisen.
In diesem Falle wird infolge der Partikel aus wasserfreiem Silizium die Fluidität des Schleifmittels hoch, und das Schleifmittel kann ausreichend zu den Diamantsegmenten an dem distalen Ende des Kernbits zugeführt werden. Zusätzlich können die Diamantsegmente ferner durch effizientes Zuführen eines wasserhaltigen Harzes und eines Sublimats in dem Schleifmittel zu den Diamantsegmenten gekühlt werden. Hierdurch kann das Bohren eines tiefen Lochs durch das Trockenverfahren ausgeführt werden, bei welchem die Wärmeerzeugung durch das Bohren des Kernbits vermindert ist, und während die Bohrgeschwindigkeit ohne eine Verminderung aufrechterhalten wird, kann das Bohren eines tiefen Lochs unter Einsatz eines Trockenverfahrens ausgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Strukturzeichnung, die ein Beispiel einer Bohrvorrichtung zeigt, welche das Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt.
2 ist eine Querschnittszeichnung, welche die Umgebung des zylindrischen Kernbits der in 1 gezeigten Bohrvorrichtung zeigt.
3 ist eine Querschnittszeichnung der in 1 gezeigten Schleifmittelzuführvorrichtung.
4 ist eine Perspektivzeichnung des distalen Endteils des Kernbits und zeigt den angehafteten Zustand der Späne durch herkömmliches Trockenbohren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden das Schleifmittel und das Bohrverfahren, welches dasselbe einsetzt, unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
1 ist eine Strukturzeichnung, deren Beispiel eine Bohrvorrichtung zeigt, welche das Schleifmittel gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt.
2 ist eine Querschnittszeichnung der wesentlichen Bauteile, welche die Umgebung des zylindrischen Kernbits der in 1 gezeigten Bohrvorrichtung 10 zeigt.
In den Figuren umfasst die Bohrvorrichtung 10 einen Vorrichtungskörper 10a mit einem Kernbit 11, eine Staubsammelvorrichtung 12, beispielsweise eine Staubsammelvorrichtung vom Typ Zyklontyp, welche die Späne sammelt, eine Luftzuführvorrichtung 13 wie einen Luftkompressor, der Luft zu dem Bohrelement zuführt, und eine Schleifmittelzuführvorrichtung 14, die das Schleifmittel 51 zuführt, welches das Bohrelement kühlt.
Die Schleifmittelzuführvorrichtung 14 umfasst einen Schleifmitteltank 52, der das Schleifmittel 51 aufnimmt, und eine Schleifmittelzuführleitung 54, die mit der Zuführleitung 44 über ein Ventil 53 kommuniziert. Wie in 3 gezeigt, ist das Schleifmittel 51 eine Mischung von Partikeln aus wasserfreiem Silizium 51b, einem wasserhaltigem Harz 51c und Schleifkörnern 51a. Allerdings kann das wasserfreie Silizium 51b oder das wasserhaltige Harz 51c von dem Schleifmittel 51 weggelassen werden. Das Schleifmittel 51 kann ebenso andere Zusammensetzungen besitzen. Die Schleifmittelkörner 51a können zumindest eines von Aluminium, Siliziumkarbid, Formsand und Schleifpulver sein.
Die Partikel aus wasserfreiem Silizium besitzen einen Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und eine Silanolgruppe (Si-OH) an der Oberfläche.
Das wasserhaltige Harz ist bevorzugt eine Styrolharz, in welchem die Sulfonsäuregruppen (-SO₃ ⁺) als Austauschgruppen dienen. Wasser kann das wasserhaltige Harz leicht durchdringen, und das wasserhaltige Harz besitzt eine hohe Fluidität. Bevorzugt ist ein Ionenaustauschharz, das 40 bis 60 Gewichtsprozent Wasser in dem Zustand hält, in welchem Wasser enthalten ist und ein Quellen aufgetreten ist, enthält.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Vorrichtungskörper 10a eine Basis 21, die durch einen Anker an der Oberfläche des Arbeitsmaterials 20 befestigt ist, das beispielsweise Beton oder Asphalt enthält, eine Achse 22, die an der Basis 21 befestigt ist und sich in der vertikalen Richtung erstreckt, ein Lagerteil 23, das an der Achse 22 derart eingebaut ist, um sich bei zurück und vorwärts durch die Rotation eines Griffs zu bewegen, und eine Rotationsantriebsvorrichtung 24, die durch das Lagerteil 23 gelagert ist und das Kernbit 11 rotieren kann.
Wie in 2 gezeigt, sind an dem distalen Ende 11a, welches das offene Ende des zylindrischen Kernbits 11 ist, das um die Achse O durch die Rotationsantriebsvorrichtung 24 rotiert wird, Diamantsegmente 31 angebracht, beispielsweise durch Löten in vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung derart, um von dem distalen Ende des zylindrischen Schaftes 11b hervorzustehen. Ferner ist in der Axialrichtung des Kernbits 11 die Breite eines Diamantsegments 31 derart gebildet, um breiter zu sein als die Breite des Kernbits 11, das heißt der Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche 11B und der äußeren Umfangsfläche 11A des Kernbits 11.
Die Diamantsegmente 31 sind durch Verteilen von Diamantschleifkörnern oder dergleichen in einer Binderphase gebildet, die durch Sintern eines Bindermaterials wie Metallverbund hergestellt ist. Bevorzugt besitzt der Metallverbund ein gemischtes Ag, welches die thermische Leitfähigkeit erhöht, und ist mit 5 bis 15% im Hinblick auf die Bedingungen, die eine Verformung während des Bohrens infolge einer Erhöhung der Härte des Verbundes und die Kosten des Rohmaterials eingemischt.
An dem proximalen Ende des Kernbits 11 ist eine Antriebsachse 41, die eine Rotationsantriebskraft von der Rotationsantriebsvorrichtung 24 zu dem Kernbit 11 überträgt, koaxial zu der Achse O verbunden.
In dieser Antriebsachse 41 ist ein Zufuhrpfad 43 gebildet, der die Luft von der Luftzufuhrvorrichtung 13, die beispielsweise einen Luftkompressor aufweist, und das Schleifmittel 51 von der Schleifmittelzufuhrvorrichtung 14 durch einen hohlen Teil in dem Kernbit 11 zuführt und koaxial zu der Achse O hindurch passiert, um mit dem hohlen Teil des Kernbits 11 zu kommunizieren. Zusätzlich ist eine Zufuhrleitung 44, die mit der Luftzufuhrvorrichtung 13 und der Schleifmittelzufuhrvorrichtung 14 über eine Öldichtung 42 verbunden ist, mit diesem Zufuhrpfad 43 verbunden.
Ein zylindrischer Deckel 45 mit einem Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Kernbits 11, ist an dem äußeren Umfang des Kernbits 11 vorgesehen. Das distale Ende 45a, welches das offene Ende der distalen Endseite des Deckels 45 ist, liegt an der Oberfläche des Arbeitsmaterials 20 an, und das proximale Ende 45b des Deckels 45 verschließt das offene Ende der proximalen Endseite des Deckels 45, und bildet gleichzeitig eine im wesentlichen kreisförmige Platte mit einem Kernbitdurchgangsloch 45c, in welches das Kernbit 11 eingefügt ist. Zusätzlich sind die äußere Umfangsfläche 11a des Kernbits 11 und die durch das Arbeitsmaterial 20 gebildete, kreisförmige Nut 20a durch den Deckel 45 abgedeckt. Dieser Deckel 45 verhindert ein Verteilen des Staubs und der Späne, die während des Bohrens erzeugt werden, und vermindert gleichzeitig ein Austreten von Leerem während des Bohrens.
Zusätzlich stößt eine Ausstoßleitung 46 die Luft aus, welche Späne, Staub und dergleichen, die von der Nut 20a des Arbeitsmaterials ausgestoßen werden, und das Schleifmittel 51 enthält und zwar zu der Staubsammelvorrichtung 12 von dem hohlen Teil des Kernbits 11 über das Bohrelement in der Nähe zu den Diamantsegmenten 31. Diese Ausstoßleitung 46 ist mit der äußeren Umfangsfläche des Deckels 45 verbunden.
Die folgenden Bohrvorgänge werden in dem Bohrverfahren ausgeführt, bei welchem das Bohren unter Einsatz eines Schleifmittels 51 in der derart aufgebauten Bohrvorrichtung 10 ausgeführt wird.
Zuerst wird das Kernbit 11 um die Achse O durch die Rotationsantriebsvorrichtung 24 rotiert. Wenn in diesem Zustand das Lagerteil 23 in Bezug auf die Achse 22 nach vorne bewegt wird, werden die an dem distalen Ende 11a des Kernbits 11 angebrachten Diamantsegmente 31 in das Arbeitsmaterial 20 gepresst, und ein Schneider einer kreisförmigen Nut 22a wird ausgeführt.
Dabei wird beispielsweise Druckluft von der Luftzufuhrvorrichtung 13 durch eine Zufuhrleitung 44 zugeführt, und gleichzeitig wird eine angemessene Menge des Schleifmittels 51 von der Schleifmittelzufuhrvorrichtung 14 zu der Zufuhrleitung 44 über ein Ventil 53 zugeführt. Wenn der Luftstrom α, der das Schleifmittel 51 enthält, in den hohlen Teil des Kernbits 11 über den Zufuhrpfad 43 der Antriebsachse 41 von der Zufuhrleitung 44 strömt, bläst der Luftstrom α derart, um einen Druck auf die Oberfläche des Arbeitsmaterials 20 aufzubringen.
Anschließend wird der Luftstrom α zu dem distalen Ende des Kernbits 11, das heißt zu den Diamantsegmenten 31 geführt, indem er durch den Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche 11B des Kernbits 11 und der inneren Umfangswand 20A der Nut 20a passiert. Selbst wenn ein tiefes Loch geschnitten wird, wird die Fluidität des Schleifmittels 51 infolge der Partikel aus wasserfreiem Silizium 51b, die in das Schleifmittel 51 gemischt sind, hoch, und zusammen mit dem Luftstrom α wird das Schleifmittel 51 zu den Diamantsegmenten 31 zugeführt, ohne innerhalb des schmalen Spalts zwischen der inneren Umfangsfläche 11B des Kernbits und der inneren Umfangswand 30A der Nut 20a blockiert zu werden.
Die Schleifmittelkörner 51a, die in dem Schleifmittel 51 enthalten sind, werden durch den Luftstrom α gefördert und treten zwischen die Diamantsegmente 31 und das Arbeitsmaterial 20 ein, führen das Schärfen der Diamantsegmente 31 aus und, zusammen mit einem Verhindern des Ladens der Diamantsegmente, schleifen sie ebenso das Arbeitsmaterial 20, und hierdurch wird während des Bohrvorgangs ein vorteilhafter Bohrzustand aufrechterhalten. Zusätzlich erhöht das wasserfreie Silizium 51b die Fluidität der Späne, fördert das Ausstoßen der Späne von dem Bohrelement und verhindert ein Laden der Späne. Das in dem Schleifmittel 51 enthaltene, wasserhaltige Harz 51c gibt das Wasser infolge des Pressens gegen die Diamantsegmente 31 ab. Wenn das Wasser verdampft, wird die Wärme von dem Bohrelement in der Nähe der Diamantsegmente 31 absorbiert, und das Bohrelement wird effizient gekühlt.
Dabei wird, selbst wenn ein tiefes Loch geschnitten wird, die Wärmeerzeugung des Kernbits 11 infolge der Verminderung der beim Laden entstehenden Reibungswärme und dergleichen und durch das Kühlen des Bohrelements vermindert, und hierdurch kann die Bohrgeschwindigkeit aufrechterhalten werden.
Das Schleifmittel 51, welches für das Schärfen und Kühlen der Diamantsegmente 31 und das Abtragen des Arbeitsmaterials 20 sorgt, wird zu der Seite der äußeren Umfangswand 20B der Nut 20 geschickt und zu der proximalen Endseite des Kernbits 11, das heißt zu dem offenen Teil der Nut 20a durch den Spalt der äußeren Umfangswand 20B der Nut 20a und der äußeren Umfangsfläche 11A des Kernbits 11 gefördert. Zusätzlich wird der Luftstrom β, der den Staub, die Späne und dergleichen, welche durch das Bohrelement erzeugt wird, wo das Schleifmittel 51, die Diamantsegmente 31 und das Arbeitsmaterial 20 aneinander anliegen, aufweist, von der Öffnung der Nut 20a in den durch die äußere Umfangsfläche 11A des Kernbits 11 und den Deckel 45 umschlossenen Raum ausgestoßen, und wird durch die Staubsammelvorrichtung 12 über die Ausstoßleitung 46 gefördert.
In der Bohrvorrichtung 10 gemäß dem Trockenverfahren, welche die oben beschriebene Struktur aufweist, wird in dem Falle, dass die Schleifmittelkörner 51a, die Partikel aus wasserfreiem Silizium 51b und wasserhaltigem Harz 51c eingemischt besitzen, als Schleifmittel 51 dienen, die Abnahme der Wärmeerzeugung durch das Kernbit 11 und die Möglichkeit des Bohrens eines tiefen Lochs, während die Bohrgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, ausführlich basierend auf den nachfolgenden Testexperimentaldaten beschrieben.
Um die Bohrgeschwindigkeit in Bezug auf das Arbeitsmaterial zu messen, wurde ein 120 V/20 A Motor als Rotationsantriebsvorrichtung verwendet, und das bohren des Arbeitsmaterials wurde ausgeführt, während das Kernbit mit 400 Umdrehungen pro Sekunde rotiert wird. Dabei wurde ein Kernbit verwendet, das die folgenden Eigenschaften besaß: eine Dicke des zylindrischen Schaftes von 3 mm; einen Innendurchmesser von 102 mm; einen Außendurchmesser von 108 mm; einen Innendurchmesser von 100 mm, und einen Außendurchmesser von 110 mm, in der Position der Diamantsegmente.
Die Länge jedes Diamantsegments in der Umfangsrichtung betruf 20 mm, die Breite des Diamantsegments in der Radialrichtung betrug 5 mm; die Dicke des Diamantsegments in der Axialrichtung betrug 7 mm; die Anzahl der Diamantsegmente, die in der Umfangsrichtung angebracht waren, betrug 10; und die Gesamtlänge der effektiven Bohrlänge des Kernbits betrug 600 mm.
Die verwendeten Diamantsegmente sind durch Verteilen in ein Bindermaterial (Fe-Binder mit 5 bis 10 Gewichtsprozent Ag) von hochwertigen Diamantkörnern mit einer Siebabmessung von #30/40 bei einer Dichte von 1,32 ct/cc gebildet. Die Menge von Ag in dem Verbund ist ausreichend, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, jedoch nicht die Härte des Binders zu vermindern. Beim Bohren wird Luft mit einer Rate von 90 Litern/Minute zugeführt, und ferner wird Siliziumkarbid (SiC) mit einer Siebabmessung #40 bis 60 von der Luftzuführvorrichtung mit einer Rate von 6 bis 10 g/Minute als Schleifmittelkörner in dem Schleifmittel zugeführt.
Zwei Arten von Arbeitsmaterial wurden verwendet: Stahlbeton, in welchem Metallstäbe mit einem Durchmesser von 32 mm in gleichen Abständen in Leichtbeton mit einem Zuschlag mit einem Feinpartikeldurchmesser (nachfolgend als Stahlleichtbeton bezeichnet) eingebettet sind; und ein Stahlbeton, in welchen Metallstäbe mit einem Durchmesser von näherungsweise 25 mm in gleichmäßigen Abständen in einem Festbeton eingebettet sind, der einen wärmeinstabilen Quarzbruchstein als Zuschlag (nachfolgend als Feststahlbeton bezeichnet) enthält. Die Bewährungsverhältnisse, die durch das Volumenverhältnis des Betonkerns ausgedrückt werden, betragen für den Stahlleichtbeton etwa 1,2% und für den Feststahlbeton 0,8%.
In den Versuchen wurde in einem Zustand, in welchem die Drehzahl des Kernbits bei 400 U/min aufrechterhalten wurde, die zum Schneiden des oben beschriebenen Arbeitsmaterials für 30 cm erforderlich Zeit gemessen, die Bohrtiefe pro Minute wurde anhand dieser gemessenen, erforderlichen Zeit festgestellt, und ein Vergleich wurde unter Einsatz desselben als Bohrgeschwindigkeit vorgenommen.
In Tabelle 1 wurde in Bezug auf die zwei Arten des Arbeitsmaterials, wie sie oben beschrieben worden sind, der Wert der Bohrgeschwindigkeit (Einheit: cm/min) für die Fälle des Bohrens durch das Nassverfahren (in der Tabelle als Nassbohren abgekürzt), das Bohren unter Einsatz des herkömmlichen Trockenverfahrens, das Schleifmittelkörner in dem Schleifmittel enthält (in der Tabelle abgekürzt als Trockenbohren), und das Bohren unter Einsatz des Trockenverfahrens, das Partikel aus wasserfreiem Silizium in dem Schleifmittel mit verschiedenen Konzentrationen (Einheit: Gewichtsprozent) enthält, aufgezeichnet. Hydrophile, wasserfreie Siliziumpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 12 nm wurden verwendet.
Tabelle 1
In dem Falle, dass das Schleifmittel wasserfreie Siliziumpartikel enthält, hat die Bohrgeschwindigkeit deutlich im Vergleich zu einem Bohren unter Einsatz des herkömmlichen Trockenverfahrens zugenommen, und ferner ist in dem Falle, dass die wasserfreien Siliziumpartikel in dem Schleifmittel im Bereich zwischen 0,5 und 1,5 Gewichtsprozent enthalten sind, die Bohrgeschwindigkeit in der Tat größer als diejenige des Naßverfahrens. Zusätzlich wurde in dem Falle des Verwendens eines Schleifmittels, das wasserfreien Siliziumpartikel enthält, bestätigt, dass die Anhaftung der Späne an dem Kernbit abnimmt, und deutlich haben die ausgestoßenen Späne zugenommen. Dabei wird die Wärmeerzeugung infolge der Reibungswärme, welche durch das Laden der Späne verursacht wird, unterdrückt, und die Temperatur des Kernbits, die nach dem Bohren an dem distalen Ende des Kernbits an einer Stelle gerade hinter einem Diamantsegment in der Axialrichtung gemessen wird, auf etwa 50°C in dem Falle abgesenkt, dass das wasserfreie Silizium in das Schleifmittel mit 1,0 Gewichtsprozent gemischt wurde, im Vergleich zu den 80°C, wenn mit einem herkömmlichen Trockenverfahren gebohrt wird. Zusätzlich wurde keine Anhaftung der Schleifmittelkörner an dem Kernbit festgestellt, und daher wurde beurteilt, dass die Schleifmittelkörner zu den Diamantsegmenten zugeführt wurden, ohne blockiert zu werden.
Wie durch die Versuchsergebnisse angezeigt, wird infolge des Einschließen von Partikeln aus wasserfreiem Silizium in das Schleifmittel die Fluidität des Schleifmittels hoch und selbst wenn ein tiefes Loch gebohrt wird, können ausreichend Schleifmittekörner zu den Diamantsegmenten an dem distalen Ende des Kernbits zugeführt werden. Zusätzlich könnte das Schärfen der Diamantsegmente effizient ausgeführt werden, und die durch das Bohren des Kernbits erzeugte Wärme kann durch Verhindern eines Ladens der Diamantsegmente infolge der Späne vermindert werden. Da zusätzlich die Fluidität der Späne in ähnlicher Weise infolge der Partikel aus wasserfreiem Silizium ansteigt, könnten die Späne effizient ohne ein Laden an dem distalen Ende des Kernbits ausgestoßen werden, und die Wärmeerzeugung durch das Kernbit wurde durch Vermindern der Reibungswärme zwischen den Spänen und dem Arbeitsmaterial vermindert.
Daher kann ein Bohren eines tiefen Lochs durch das Trockenverfahren durch Vermindern der Wärmeerzeugung des Kernbits und durch Aufrechterhalten der Bohrgeschwindigkeit ohne eine Verminderung ausgeführt werden.
Darüber hinaus beträgt die Menge wasserfreien Siliziums in dem Schleifmittel bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent. Wie anhand von Tabelle 1 ersichtlich ist, wenn die Menge des wasserfreien Siliziums 2 Gewichtsprozent überschreitet, nimmt die Bohrgeschwindigkeit tatsächlich ab, da nur das wasserfreie Silizium den Diamantsegmenten zugeführt wird, während die Zufuhr von Schleifmittelkörnern dorthin unzureichend wird.
Als nächstes werden die Werte der Bohrgeschwindigkeit (Einheit: cm/min) in Tabelle 2 für die folgenden Fälle für zwei Arten von Schleifmittel an Stahlleichtbeton und Feststahlbeton aufgezeichnet, die sich in der Steifigkeit wie oben beschrieben unterscheiden: Bohren durch das Nassverfahren (in der Tabelle mit Nassbohren abgekürzt); Bohren durch das herkömmliche Trockenverfahren, das nur Schleifmittelkörner in dem Schleifmittel enthält (in der Tabelle als Trockenbohren abgekürzt); Bohren durch das Trockenverfahren in dem Falle, dass wasserhaltiges Harz in dem Schleifmittel mit verschiedenen Konzentrationen enthalten ist (Einheit: Gewichtsprozent); und Bohren durch ein Trockenverfahren in dem Falle, dass zusätzlich zu den wasserhaltigen Harzen Partikel aus wasserfreiem Silizium in dem Schleifmittel mit verschiedenen Konzentrationen enthalten sind (Einheit: Gewichtsprozent). Ein Styrolharz mit Sulfonsäuregruppen (-SO₂ ^–), einem Gelvernetzungsverhältnis von 4% und einem Wassergehalt von 57 bis 67% wurde als wasserhaltiges Harz verwendet. Zusätzlich sind die wasserfreien Siliziumpartikel hydrophil und besitzen einen Partikeldurchmesser von 12 nm.
Tabelle 2
In dem Falle, dass ein wasserhaltiges Harz in dem Schleifmittel enthalten war, nahm die Bohrgeschwindigkeit deutlich im Vergleich zu dem herkömmlichen Trockenverfahren zu, und ferner war in dem Falle, dass das wasserhaltigen Harz in dem Schleifmittel mit 20 Gewichtsprozent enthalten war, die Bohrgeschwindigkeit tatsächlich größer als diejenige des Naßverfahrens. Dies kommt daher, dass die Diamantsegmente durch das Wasser gekühlt werden, welches aus dem wasserhaltigen Harz austritt. Die Temperatur des Kernbits, die nach dem Bohren an dem distalen Ende des Kernbits an einer Stelle gerade hinter einem Diamantsegment in der Axialrichtung gemessen wurde, nahm auf etwa 40°C in dem Falle, dass wasserhaltiges Harz in dem Schleifmittel mit 20 Gewichtsprozent enthalten war, verglichen zu näherungsweise 80°C, wenn mit dem herkömmlichen Trockenverfahren gebohrt wurde. Wenn allerdings, wie anhand von Tabelle 2 ersichtlich ist, die Menge des wasserhaltigen Harzes zu groß wird, nimmt die Fluidität des Schleifmittels ab, und das Schleifmittel kann nicht ausreichend zu den Diamantsegmenten zugeführt werden, und daher werden die Diamantsegmente erwärmt, es tritt Reibung auf, was wiederum ein Laden verursacht. Daher überschreitet die Menge wasserhaltigen Harzes bevorzugt nicht 30 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt ist etwa 20 Gewichtsprozent enthalten.
Wie durch die Versuchsergebnisse gezeigt, wird durch das Pressen des wasserhaltigen Harzes gegen die Diamantsegmente Wasser freigesetzt, und daher wird das Wasser zuverlässig zu den Diamantsegmenten zugeführt. Die Diamantsegmente können effizient gekühlt werden, indem die Wärme absorbiert wird, wenn dieses Wasser verdampft. Zusätzlich wird im Unterschied zu dem Trockenverfahren das Wasser intensiv nur zu den Diamantsegmenten zugeführt, und dabei können sie effizient gekühlt werden, und selbst wenn die Menge zugeführten, wasserhaltigen Harzes aufgrund einer Erhöhung der Reibungswärme erhöht wird, tritt es nicht zu Stellen außerhalb der Umgebung der Diamantsegmente aus.
Daher, selbst wenn ein tiefes Loch durch das Trockenverfahren geschnitten wird, kann die durch das Bohren des Kernbits erzeugte Wärme durch Kühlen unterdrückt werden, und die Bohrgeschwindigkeit kann ohne eine Verminderung aufrechterhalten werden.
Da allerdings die Fluidität des Schleifmittels sich in dem Falle verschlechtert, dass ein wasserhaltiges Harz in dem Schleifmittel enthalten ist, gibt es praktisch eine Grenze für die Menge des wasserhaltigen Harzes. Daher, selbst wenn eine konstante Wirkung erzielt wird, bei der eine Erhöhung der Bohrgeschwindigkeit durch Kühlen der Diamantsegmente erzielt wird, führen weitere Erhöhungen nicht zu einer Verbesserung. Im Hinblick hierauf zeigt Tabelle 2, dass die Bohrgeschwindigkeit in dem Falle, in welchem zusätzlich zu wasserhaltigem Harz Partikel aus wasserfreiem Silizium enthalten sind, um die Fluidität des Schleifmittels zu erhöhen. Das heißt die Werte der Bohrgeschwindigkeit sind für den Fall gezeigt, in welchem ein wasserhaltiges Harz mit 20 Gewichtsprozent enthalten ist, und dann werden wasserfreie Siliziumpartikel mit 0,5 Gewichtsprozent zu dem Schleifmittel zugegeben, und für den Fall gezeigt, in welchem wasserfreie Siliziumpartikel mit 2,0 Gewichtsprozent zu dem Schleifmittel zugegeben werden, um eine hohe Bohrgeschwindigkeit zu erzielen.
In beiden Fällen nimmt im Vergleich zu einem Zufügen nur des wasserhaltigen Harzes zu dem Schleifmittel die Bohrgeschwindigkeit zu, und es werden hohe Werte selbst im Vergleich zu dem Falle des Bohrens durch das Nassverfahren erzielt. Dies kommt daher, dass die Fluidität des Schleifmittels infolge der Partikel aus wasserfreiem Silizium ansteigt, und dass ausreichend Schleifmittel zu den Diamantsegmenten an dem distalen Ende des Kernbits zugeführt werden kann. Insbesondere können die Diamantsegmente durch effizientes Zuführen des wasserhaltigen Harzes in dem Schleifmittel zu den Diamantsegmenten gekühlt werden.
Daher kann die Wärmeerzeugung durch das Bohren des Kernbits vermindert werden, und das Bohren eines tiefen Lochs kann durch das Trockenverfahren ausgeführt werden, während die Bohrgeschwindigkeit ohne Verminderung aufrechterhalten wird.
Darüber hinaus könnte in dem Falle Feststahlbetons, wenn das Bohren durch das herkömmliche Trockenverfahren ausgeführt wird, nur etwa 20 cm kontinuierlich geschnitten werden, jedoch in dem Falle des Verwendens eines Schleifmittels mit wasserfreiem Silizium und wasserhaltigem Harz wird bestätigt, dass ein kontinuierliches Bohren bis zu 70 cm ausgeführt werden könnte.
Als nächstes wird der Fall, in welchem ein Sublimat in die Schleifmittelkörner 51a gemischt ist, die als Schleifmittel 51 verwendet werden, basierend auf den Testversuchsdaten beschrieben.
Um die Bohrgeschwindigkeit in Bezug auf das Arbeitsmaterial zu messen, wurde ein 120 V/340 Wechselstrommotor als Rotationsantriebsvorrichtung verwendet, und das Bohren des Arbeitsmaterials wurde ausgeführt, während das Kernbit mit 300 Umdrehungen pro Sekunde rotiert wurde. Ein Kernbit wurde verwendet, das die folgenden Eigenschaften besaß: eine Dicke des zylindrischen Schaftes von 3 mm; einen Innendurchmesser von 102 mm; einen Außendurchmesser von 108 mm; einen Innendurchmesser in der Position der Diamantsegmente von 100 mm; einen Außendurchmesser von 110 mm. Die Länge jedes Diamantsegments in der Umfangsrichtung betrug 20 mm; die Breite der Diamantsegmente in der Radialrichtung betrug 5 mm; die Dicke der Diamantsegmente in der Axialrichtung betrug 7 mm; die Anzahl der in der Umfangsrichtung angebrachten Diamantsegmente betrug 10; die gesamte, effektive Bohrlänge des Kernbits betrug 600 mm. Die verwendeten Diamantsegmente werden durch Verteilen hochwertiger Diamantschleifmittelkörner mit einer Siebabmessung von #30/40 in einem Bindermaterial (Fe-Binder mit 5 bis 15% Ag) mit einer Dichte von 1,32 ct/cc gebildet. Beim Bohren wird Luft mit einer Rate von von 90 Litern/Minute durch eine Luftzuführmaschine zugeführt, und ferner wird das Siliziumkarbid (SiC) mit einer Siebgrößer #40 bis 60 mit einer Rate von 6 bis 10 g/Minute als Schleifmittelkörner in dem Schleifmittel zugeführt. Unbewährter Beton mit einer Druckfestigkeit von 50 N/mm² wurde als Arbeitsmaterial verwendet.
In dem Experiment wurde in einem Zustand, in welchem die Rotation des Kernbits auf 300 U/min aufrechterhalten wurde, die zum Schneiden des obigen Arbeitsmaterials 300 mm in einer horizontalen Richtung erforderlichen Zeit gemessen, die Bohrtiefe pro Minute wurde anhand dieser gemessenen, erforderlichen Zeit festgestellt, und dies diente als Bohrgeschwindigkeit, wenn der Vergleich ausgeführt wurde. Gleichzeitig wurden die Werkzeugtemperatur und die durch die Bohrvorrichtung 10 erhaltene Reaktion gemessen und verglichen.
In Tabelle 3 sind für das oben beschriebene Arbeitsmaterial die Werte der Bohrgeschwindigkeit (Einheit: mm/min), Wärmetemperatur und Reaktionskraft (Kg/cm²) für ein Bohren unter Einsatz des herkömmlichen Trockenverfahrens, das nur Schleifmittelkörner ohne ein gemischtes Sublimat enthält, und für ein Bohren durch das Trockenverfahren in dem Falle, dass Ammoniumchlorid (Sublimationstemperatur: 338°C) in dem Schleifmittel in verschiedenen Mengen (Einheit: Gewichtsprozent) als Sublimat enthalten ist, gezeigt.
Tabelle 3
In dem Falle, dass ein Sublimat in dem Schleifmittel enthalten ist, hat die Bohrgeschwindigkeit deutlich im Vergleich zu dem Bohren unter Einsatz des herkömmlichen Trockenverfahrens zugenommen, und die Wärmeerzeugung ist unterdrückt. Es wurde bestätigt, dass die Reaktionskraft geringer ist als beim Bohren unter Einsatz des herkömmlichen Trockenverfahrens, falls das Sublimat mit 5% oder weniger eingemischt ist.
Wie diese Versuchsergebnisse zeigen, kann durch Einschließen eines Sublimats in das Schleifmittel die Wärmeerzeugung des Kernbits vermindert werden.
Darüber hinaus beträgt die Menge des Sublimats in dem Schleifmittel bevorzugt 3 bis 7 Gewichtsprozent. Wie anhand von Tabelle 3 ersichtlich ist, wenn die Menge des Sublimats 5 Gewichtsprozent überschreitet, wird die Abnahme des Volumens des Schleifmittels an dem distalen Ende des Kernbits infolge der Sublimation des Sublimats groß, und da das Schleifmittel unzureichend ist, wird die Reaktionskraft groß.
Zusätzlich beträgt die Sublimationstemperatur des Sublimats bevorzugt 20 bis 700°C, und besonders bevorzugt 20 bis 400°C. Wenn die Sublimationstemperatur zu niedrig ist, wird die Handhabung schwierig und die Betriebsfähigkeit verschlechtert sich. Wenn die Sublimationstemperatur zu hoch ist, verschlechtern sich die Diamantkörner, und es gibt Bedenken dahingehend, dass der Verbund der Diamantsegmente beschädigt werden könnte.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann in dem Falle, dass ein tiefes Loch durch das Trockenverfahren geschnitten wird die Wärmeerzeugung des Kernbits durch das Bohren vermindert werden, und das Bohren kann ausgeführt werden, während die Bohrgeschwindigkeit aufrechterhalten wird.
Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Ausführungsform als ein Schleifmittel zusammen mit den Schleifmittelkörnern Partikel aus wasserfreiem Silizium und/oder wasserhaltigem Harz vorab eingeschlossen, jedoch können die Partikel aus wasserfreiem Silizium und wasserhaltigem Harz separat zu den Schleifmittelkörnern zugeführt und während des Zuführvorgangs gemischt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde für das Ausführen des Bohrvorgangs nur ein Beispiel des effizientensten Falles gegeben, jedoch gibt es eine besondere Beschränkung dahingehend, wie die Partikel aus wasserfreiem Silizium, wasserhaltigem Harz oder Sublimat zugeführt werden.

Claims

Trockenbohrverfahren, umfassend: Rotieren eines Kernbits (11), das einen zylindrischen Schaft (1b) und Diamantsegmente (31), die an einem Ende des Schafts (11b) vorgesehen sind, besitzt, wobei die Diamantsegmente (31) Diamantkörner (31) besitzen, die durch einen Binder getragen sind; Pressen der Diamantsegmente (31) gegen ein Arbeitsmaterial (20), um das Arbeitsmaterial (20) zu bohren; und Zuführen eines Schleifmittels (51), das Schleifkörner (51a) besitzt, mit einem Gas zwischen das Kernbit (11b) und das Arbeitsmaterial (20), um hierdurch die Diamantsegmente (31) zu schärfen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schleifmittel ferner aufweist Partikel aus wasserfreiem Silizium (51b), die einen Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und Silanolgruppen in der Oberfläche hiervon besitzen.
Trockenbohrverfahren, umfassend: Rotieren eines Kernbits (11), das einen zylindrischen Schaft (11b) und Diamantsegmente (31), die an einem Ende des Schafts (11b) vorgesehen sind, besitzt, wobei die Diamantsegmente (31) Diamantkörner besitzen, die durch einen Binder getragen sind; Drücken der Diamantsegmente (31) in ein Arbeitsmaterial (20), um das Arbeitsmaterial (20) zu bohren; und Zuführen eines Schleifmittels (51), das Schleifkörner (51a) umfasst, mit einem Gas zwischen das Kernbit (11b) und das Arbeitsmaterial (20), um hierdurch die Diamantsegmente (31) zu schärfen; und dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (51) ferner umfasst ein wasserhaltiges Harz (51c), das Wasser ausstößt, wenn das wasserhaltige Harz (51c) durch die Diamantsegmente (31) gepresst wird oder die Temperatur des wasserhaltigen Harzes (51c) ansteigt.
Trockenbohrverfahren, umfassend: Rotieren eines Kernbits (11), das einen zylindrischen Schaft (11b) und Diamantsegmente (31), die an einem Ende des Schafts (11b) vorgesehen sind, besitzt, wobei die Diamantsegmente (31) Diamantkörner besitzen; die durch einen Binder getragen sind; Pressen der Diamantsegmente (31) gegen ein Arbeitsmaterial (20), um das Arbeitsmaterial (20) zu bohren; und Zuführen eines Schleifmittels (51), das Schleifkörner (51a) besitzt, mit einem Gas zwischen das Kernbit (11b) und das Arbeitsmaterial (20), um hierdurch die Diamantsegmente (31) zu schärfen; und dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (51) ferner ein Sublimat aufweist.
Bohrvorrichtung (10) zum Bohren eines Arbeitsmaterials (20), umfassend ein Kernbit (11) mit Diamantsegmenten (31), wobei die Diamantsegmente (31) Diamantkörner besitzen, die durch einen Binder getragen sind, und ein Schleifmittel (51), wobei das Schleifmittel (51) Schleifkörner (51a) aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Schleifmittelzuführvorrichtung (14) zum Zuführen des Schleifmittels (51) mit einem Gas zwischen das Kernbit (11) und das Arbeitsmaterial (20) aufweist, um hierdurch die Diamantsegmente (31) zu schärfen; dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (51) ferner Partikel aus wasserfreiem Silizium mit einem Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und Silanolgruppen in der Oberfläche hiervon aufweist.
Bohrvorrichtung (10) zum Bohren eines Arbeitsmaterials (20), umfassend ein Kernbit (11) mit Diamantsegmenten (31), wobei die Diamantsegmente (31) Diamantkörner besitzen, die durch einen Binder getragen sind, und ein Schleifmittel (51), wobei das Schleifmittel (51) Schleifkörner (51a) aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Schleifmittelzuführvorrichtung (14) zum Zuführen des Schleifmittels (51) mit einem Gas zwischen das Kernbit (11) und das Arbeitsmaterial (20) aufweist, um hierdurch die Diamantsegmente (31) zu schärfen; dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (51) ferner ein wasserhaltiges Harz (51c) aufweist, das Wasser ausstößt, wenn das wasserhaltige Harz (51c) durch die Diamantsegmente (31) gepresst wird oder die Temperatur des wasserhaltigen Harzes (51c) ansteigt.
Bohrvorrichtung (10) zum Bohren eines Arbeitsmaterials (20), umfassend ein Kernbit (11) mit Diamantsegmenten (31), wobei die Diamantsegmente (31) Diamantkörner besitzen, die durch einen Binder getragen sind und ein Schleifmittel (51), wobei das Schleifmittel (51) Schleifkörner (51a) aufweist, wobei die Vorrichtung ferner eine Schleifmittelzuführvorrichtung (14) zum Zuführen des Schleifmittels (51) mit einem Gas zwischen das Kernbit (11) und das Arbeitsmaterial (20) aufweist, um hierdurch die Diamantsegmente (31) zu schärfen, und dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel (51) ferner ein Sublimat aufweist.
Trockenbohrverfahren nach Anspruch 1 oder Bohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des wasserfreien Siliziums (51b) in dem Schleifmittel (51) 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent beträgt.
Trockenbohrverfahren nach Anspruch 2 oder Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserhaltige Harz (51c) Wasser mit 40 bis 60 Gewichtsprozent enthält, wenn das wasserhaltige Harz (51c) durch Wasser angeschwollen ist.
Trockenbohrverfahren oder Bohrvorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend Partikel aus wasserfreiem Silizium (51b) mit einem Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und Silanolgruppen in der Oberfläche davon.
Trockenbohrverfahren nach Anspruch 3 oder Bohrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sublimat eine Sublimationstemperatur von 20°C bis 700°C besitzt.
Trockenbohrverfahren oder Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend ein wasserhaltiges Harz (51c), das Wasser ausstößt, wenn das wasserhaltige Harz (51c) durch die Diamantsegmente (31) gepresst wird oder die Temperatur des wasserhaltigen Harzes (51c) ansteigt.
Trockenbohrverfahren oder Bohrvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend Partikel aus wasserfreiem Silizium (51b) mit einen Partikeldurchmesser von 5 nm bis 50 nm und Silanolgruppen in der Oberfläche davon.