JP2002303089A - 削岩ドリル - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B51/00—Tools for drilling machines
- B23B51/06—Drills with lubricating or cooling equipment
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短い衝撃パルスに対する音響インピーダンス
に適合しかつ高い回転モーメントを伝達することができ
る洗浄用孔を有する削岩ドリルを得る。 【解決手段】 少なくとも部分的に打撃運動及び回転運
動により岩石を掘削するため、細長のシャフト２と、こ
のシャフトの一方の端部側に配置した硬質材料の尖端部
３と、他方の端部側に配置して端面まで延在する半径方
向掛合用の回転伝達溝５を有する差し込み端部４とを具
え、シャフト２の長さに沿って少なくとも部分的に延在
する洗浄用孔７を設けた削岩ドリルにおいて、回転伝達
溝の切除した部分の合計断面積１１を合計残余断面積１
０よりも大きくし、削岩ドリルの長さにわたる軸線方向
部分に関して、外径Ｄのｅ倍よりも大きい軸線方向長さ
Ｌの平均の残余断面積Ａを、外径の半分と外径の２倍と
の間の領域における平均残余断面積Ａ′よりも大きくす
る。
に適合しかつ高い回転モーメントを伝達することができ
る洗浄用孔を有する削岩ドリルを得る。 【解決手段】 少なくとも部分的に打撃運動及び回転運
動により岩石を掘削するため、細長のシャフト２と、こ
のシャフトの一方の端部側に配置した硬質材料の尖端部
３と、他方の端部側に配置して端面まで延在する半径方
向掛合用の回転伝達溝５を有する差し込み端部４とを具
え、シャフト２の長さに沿って少なくとも部分的に延在
する洗浄用孔７を設けた削岩ドリルにおいて、回転伝達
溝の切除した部分の合計断面積１１を合計残余断面積１
０よりも大きくし、削岩ドリルの長さにわたる軸線方向
部分に関して、外径Ｄのｅ倍よりも大きい軸線方向長さ
Ｌの平均の残余断面積Ａを、外径の半分と外径の２倍と
の間の領域における平均残余断面積Ａ′よりも大きくす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シャフトの長さの
少なくとも部分的に延在する洗浄用孔を有して、高い効
率で少なくとも部分的に打撃運動及び回転運動して岩石
を掘削するツールとしての削岩ドリルに関するものであ
る。
少なくとも部分的に延在する洗浄用孔を有して、高い効
率で少なくとも部分的に打撃運動及び回転運動して岩石
を掘削するツールとしての削岩ドリルに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】このような削岩ドリルは直径領域が２０
ｍｍ〜５０ｍｍの場合、シャフトに少なくとも部分的に
延在する洗浄流体のための洗浄用孔を設け、一方では端
部に設けた硬質材料の尖端部の周囲を冷却し、他方では
洗浄媒体によって掘削した材料をシャフトの外面に沿っ
て排出する。削岩ドリルの他方の端部の差し込み端部に
は端面まで延在する半径方向の回転伝達溝を設け、回転
モーメントを伝達するため回転駆動するよう軸線方向に
延在するツール装置のツール収容部に対して形状ロック
して相対回転不能に軸線方向の限定範囲内で連結するよ
うにしている。
ｍｍ〜５０ｍｍの場合、シャフトに少なくとも部分的に
延在する洗浄流体のための洗浄用孔を設け、一方では端
部に設けた硬質材料の尖端部の周囲を冷却し、他方では
洗浄媒体によって掘削した材料をシャフトの外面に沿っ
て排出する。削岩ドリルの他方の端部の差し込み端部に
は端面まで延在する半径方向の回転伝達溝を設け、回転
モーメントを伝達するため回転駆動するよう軸線方向に
延在するツール装置のツール収容部に対して形状ロック
して相対回転不能に軸線方向の限定範囲内で連結するよ
うにしている。
【０００３】打撃機構を高い作業効率で動作させる削岩
ドリルは、ツール軸線方向に差し込み端部の端面に対し
て短く激しい機械的な衝撃が加わり、このような衝撃エ
ネルギは衝撃パルスの形式で反対側の端面に伝播し、加
工する材料に対してエネルギを付与することができる。
衝撃パルスの伝達は、棒状の固体に関するインパルスの
挙動理論によれば、インパルス伝達経路に存在する物体
又はジオメトリの音響的性質に左右される。短く激しい
衝撃パルスをひずみが少なく伝達するためには、削岩ド
リルの部分に対してインピーダンスの適合が必要とな
る。
ドリルは、ツール軸線方向に差し込み端部の端面に対し
て短く激しい機械的な衝撃が加わり、このような衝撃エ
ネルギは衝撃パルスの形式で反対側の端面に伝播し、加
工する材料に対してエネルギを付与することができる。
衝撃パルスの伝達は、棒状の固体に関するインパルスの
挙動理論によれば、インパルス伝達経路に存在する物体
又はジオメトリの音響的性質に左右される。短く激しい
衝撃パルスをひずみが少なく伝達するためには、削岩ド
リルの部分に対してインピーダンスの適合が必要とな
る。
【０００４】ドイツ国特許第２，４５４，２６１号に
は、打撃機構を使用し、高い回転モーメントを伝達する
削岩ドリルが記載されており、この削岩ドリルは、一方
の端部に配置した硬質材料の尖端部と、螺旋部と、回転
伝達を行なうため半径方向に補強した端部に設け、端面
に向かって延在する半径方向の溝であって回転方向に対
して急激な角度をなす側面を有する回転伝達溝とを設け
ている。シャフトと差し込み端部との間には、軸線方向
のある長さにわたって半径方向に相当拡大する鍔部を設
け、この鍔部によって、削岩ドリルを半径方向に補強し
た端部の異なる断面積を有する種々の部分に係止するこ
とができるようにしている。
は、打撃機構を使用し、高い回転モーメントを伝達する
削岩ドリルが記載されており、この削岩ドリルは、一方
の端部に配置した硬質材料の尖端部と、螺旋部と、回転
伝達を行なうため半径方向に補強した端部に設け、端面
に向かって延在する半径方向の溝であって回転方向に対
して急激な角度をなす側面を有する回転伝達溝とを設け
ている。シャフトと差し込み端部との間には、軸線方向
のある長さにわたって半径方向に相当拡大する鍔部を設
け、この鍔部によって、削岩ドリルを半径方向に補強し
た端部の異なる断面積を有する種々の部分に係止するこ
とができるようにしている。
【０００５】英国特許第２，１２０，１５６号には打撃
機構を使用し、ただし、螺旋部のない削岩ドリルが記載
されており、この削岩ドリルは、長さに沿って横断面が
異なり、またシャフトに沿って軸線方向に延在する洗浄
用孔を設け、更に、回転伝達を生ずるため、半径方向に
拡大した六角形断面領域を差し込み端部に設け、また中
空円筒形の端部に軸線方向に限定範囲の錠止溝を設けて
いる。
機構を使用し、ただし、螺旋部のない削岩ドリルが記載
されており、この削岩ドリルは、長さに沿って横断面が
異なり、またシャフトに沿って軸線方向に延在する洗浄
用孔を設け、更に、回転伝達を生ずるため、半径方向に
拡大した六角形断面領域を差し込み端部に設け、また中
空円筒形の端部に軸線方向に限定範囲の錠止溝を設けて
いる。
【０００６】ヨーロッパ特許第４８，９０８号には硬質
材料の尖端部を有する削岩ドリルが記載されており、こ
の削岩ドリルは、差し込み端部と、螺旋部を有するシャ
フトとを有し、シャフトには少なくとも部分的に延在す
る吸引孔を設け、この吸引孔には差し込み端部に隣接し
て横孔を連通させている。削岩ドリルは長さの全体にわ
たり、ほぼ一様な横断面を有している。
材料の尖端部を有する削岩ドリルが記載されており、こ
の削岩ドリルは、差し込み端部と、螺旋部を有するシャ
フトとを有し、シャフトには少なくとも部分的に延在す
る吸引孔を設け、この吸引孔には差し込み端部に隣接し
て横孔を連通させている。削岩ドリルは長さの全体にわ
たり、ほぼ一様な横断面を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、短い
衝撃パルスに対する音響インピーダンスに適合しかつ高
い回転モーメントを伝達することができる洗浄用孔を有
する削岩ドリルを得るにある。
衝撃パルスに対する音響インピーダンスに適合しかつ高
い回転モーメントを伝達することができる洗浄用孔を有
する削岩ドリルを得るにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明削岩ドリルは、少なくとも部分的に打撃運動
及び回転運動により岩石を掘削するため、細長のシャフ
トと、このシャフトの一方の端部側に配置した硬質材料
の尖端部と、他方の端部側に配置して端面まで延在する
半径方向掛合用の回転伝達溝を有する差し込み端部とを
具え、前記シャフトの長さに沿って少なくとも部分的に
延在する洗浄用孔を設けた削岩ドリルにおいて、回転伝
達溝の切除した部分の合計断面積を合計残余断面積より
も大きくし、削岩ドリルの軸線方向の長い部分における
平均の残余断面積に関して、外径のｅ倍よりも大きい軸
線方向長さにおける平均残余断面積を、１／２と２倍と
の間の範囲の値としたことを特徴とする
め、本発明削岩ドリルは、少なくとも部分的に打撃運動
及び回転運動により岩石を掘削するため、細長のシャフ
トと、このシャフトの一方の端部側に配置した硬質材料
の尖端部と、他方の端部側に配置して端面まで延在する
半径方向掛合用の回転伝達溝を有する差し込み端部とを
具え、前記シャフトの長さに沿って少なくとも部分的に
延在する洗浄用孔を設けた削岩ドリルにおいて、回転伝
達溝の切除した部分の合計断面積を合計残余断面積より
も大きくし、削岩ドリルの軸線方向の長い部分における
平均の残余断面積に関して、外径のｅ倍よりも大きい軸
線方向長さにおける平均残余断面積を、１／２と２倍と
の間の範囲の値としたことを特徴とする
【０００９】残余突起の断面よりも大きい回転伝達溝断
面によって、回転伝達溝に形状ロックを生ずるよう掛合
するツール装置のツール収容部の回転伝達突起との半径
方向の掛合によって高い回転モーメントを伝達すること
ができ、しかも残余突起よりも回転伝達突起を高くする
必要がないようにすることができる。このように大きく
切除した回転伝達溝は、ほぼ一様な外径を有するほぼ円
筒形の削岩ドリルの差し込み端部の残余横断面積を減少
させる。限定範囲の差し込み端部も含めて削岩ドリルの
長さにわたり洗浄用孔を設けることにより、軸線方向の
長さの部分においてほぼ一様な残余横断面の相対比率
が、短い衝撃パルスの反射のない、またひずみのない伝
達のための音響インピーダンス適合が得られる。外径の
ｅ倍よりも短い長さ部分は音響インピーダンスを実質的
に変化させるものではない。ただし、ｅは自然対数の底
とする。
面によって、回転伝達溝に形状ロックを生ずるよう掛合
するツール装置のツール収容部の回転伝達突起との半径
方向の掛合によって高い回転モーメントを伝達すること
ができ、しかも残余突起よりも回転伝達突起を高くする
必要がないようにすることができる。このように大きく
切除した回転伝達溝は、ほぼ一様な外径を有するほぼ円
筒形の削岩ドリルの差し込み端部の残余横断面積を減少
させる。限定範囲の差し込み端部も含めて削岩ドリルの
長さにわたり洗浄用孔を設けることにより、軸線方向の
長さの部分においてほぼ一様な残余横断面の相対比率
が、短い衝撃パルスの反射のない、またひずみのない伝
達のための音響インピーダンス適合が得られる。外径の
ｅ倍よりも短い長さ部分は音響インピーダンスを実質的
に変化させるものではない。ただし、ｅは自然対数の底
とする。
【００１０】音響インピーダンスは、一般的に次式、
［数１］で計算される。即ち、
［数１］で計算される。即ち、
【数１】 ただし、（Ｌ1，Ｌ2）は長さの割合、（Ａ1，Ａ2）は残
余横断面積の割合、Ｅはそれぞれの弾性係数、及びρは
それぞれの密度であり、添え字「２」は衝撃を受ける物
体を示す。
余横断面積の割合、Ｅはそれぞれの弾性係数、及びρは
それぞれの密度であり、添え字「２」は衝撃を受ける物
体を示す。
【００１１】本発明の好適な実施例においては、シャフ
トの平均残余横断面積を差し込み端部の平均御断面積よ
りも大きくせず、このようにすることによって伝達領域
における有効寿命を限定する引張応力のピークを減少す
ることができる。
トの平均残余横断面積を差し込み端部の平均御断面積よ
りも大きくせず、このようにすることによって伝達領域
における有効寿命を限定する引張応力のピークを減少す
ることができる。
【００１２】更に、本発明の好適な実施例においては、
回転伝達溝の半径方向の掛合深さを差し込み端部の直径
の１／１２よりも大きくし、このようにすることによっ
て残余突起の側面の面圧を降伏点以下の値に制限するこ
とができる。
回転伝達溝の半径方向の掛合深さを差し込み端部の直径
の１／１２よりも大きくし、このようにすることによっ
て残余突起の側面の面圧を降伏点以下の値に制限するこ
とができる。
【００１３】更にまた、本発明の好適な実施例において
は、回転伝達溝の半径方向の掛合深さの算術平均の円弧
長を、残余突起の最大円弧長よりも大きくし、これによ
り、回転伝達溝に掛合する回転伝達突起の応力を残余突
起よりも少なくすることができる。
は、回転伝達溝の半径方向の掛合深さの算術平均の円弧
長を、残余突起の最大円弧長よりも大きくし、これによ
り、回転伝達溝に掛合する回転伝達突起の応力を残余突
起よりも少なくすることができる。
【００１４】回転伝達溝を周方向に一様に対称的に分布
させると最大の回転モーメントを伝達できて好適であ
る。
させると最大の回転モーメントを伝達できて好適であ
る。
【００１５】π／４より大きい円弧長の回転伝達溝を４
個設けると、十分高い案内精度によってこれら回転伝達
溝に掛合する回転伝達突起の磨耗に対する高い耐久性が
得られ、好適である。
個設けると、十分高い案内精度によってこれら回転伝達
溝に掛合する回転伝達突起の磨耗に対する高い耐久性が
得られ、好適である。
【００１６】シャフトの外側面を滑らかな円筒形状にす
ると、短い衝撃パルスによる疲労に対する交換耐久性が
向上する。
ると、短い衝撃パルスによる疲労に対する交換耐久性が
向上する。
【００１７】洗浄用孔と回転伝達溝との間の軸線方向の
距離を直径のｅ倍よりも小さくすると、この移行領域に
は音響インピーダンスに対する影響がほとんどないよう
になるので好適である。更に、軸線方向のこの距離を直
径の半分よりも長くすると、差し込み端部からシャフト
に移行する際に軸線方向の波頭の回折が少なくなり好適
である。
距離を直径のｅ倍よりも小さくすると、この移行領域に
は音響インピーダンスに対する影響がほとんどないよう
になるので好適である。更に、軸線方向のこの距離を直
径の半分よりも長くすると、差し込み端部からシャフト
に移行する際に軸線方向の波頭の回折が少なくなり好適
である。
【００１８】シャフトから差し込み端部に至る移行部
に、外径のｅ倍よりも小さい軸線方向長さを有する僅か
に半径方向に突出する鍔部であって、ツール収容部の錠
止素子が軸線方向に掛合することができる鍔部を設ける
と、削岩ドリルの音響的インピーダンスに対する影響を
ほとんどなくすことができる。
に、外径のｅ倍よりも小さい軸線方向長さを有する僅か
に半径方向に突出する鍔部であって、ツール収容部の錠
止素子が軸線方向に掛合することができる鍔部を設ける
と、削岩ドリルの音響的インピーダンスに対する影響を
ほとんどなくすことができる。
【００１９】鍔部を洗浄用孔の横孔の近傍及び／又は洗
浄用孔の軸線方向端部の近傍に配置すると、移行部の機
械的脆性化を減少できて好適である。
浄用孔の軸線方向端部の近傍に配置すると、移行部の機
械的脆性化を減少できて好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、図面につき本発明の好適な
実施の形態を示す。
実施の形態を示す。
【００２１】図１には削岩ドリル１を示し、この削岩ド
リル１は、細長の円筒形状の滑らかなが外側面を有する
シャフト２と、このシャフト２の一方の端部に設けかつ
硬質材料により構成した尖端部３と、他方の端部に設け
かつ回転伝達溝５を有する差し込み端部４とを設ける。
リル１は、細長の円筒形状の滑らかなが外側面を有する
シャフト２と、このシャフト２の一方の端部に設けかつ
硬質材料により構成した尖端部３と、他方の端部に設け
かつ回転伝達溝５を有する差し込み端部４とを設ける。
【００２２】図２には端面に向かって延在しかつ差し込
み端部４の直径Ｄの１／１０の深さＴを有して半径方向
掛合を生ずる回転伝達溝５を有する差し込み端部４を示
し、この回転伝達溝５には残余突起６が隣接し、また外
部に連通する横孔８を有して差し込み端部４には部分的
に長手方向に延在する洗浄用孔７を設ける。シャフト２
から差し込み端部４への移行部の軸線方向の距離ｘは差
し込み端部の外径Ｄにほぼ対応する。シャフト２には、
外径Ｄのｅ倍よりも小さい軸線方向長さＬを有して半径
方向に僅かに突出する鍔部９を設ける。削岩ドリル１の
長さ沿う平均残余横断面積Ａに関して、ｅ×Ｄより長い
軸線方向長さ部分の平均残余断面積Ａ′は最大で約２０
％逸脱するものとし、従って、差し込み端部４の領域に
おける平均残余断面積Ａ′はシャフト２の領域における
平均残余断面積よりも小さい。
み端部４の直径Ｄの１／１０の深さＴを有して半径方向
掛合を生ずる回転伝達溝５を有する差し込み端部４を示
し、この回転伝達溝５には残余突起６が隣接し、また外
部に連通する横孔８を有して差し込み端部４には部分的
に長手方向に延在する洗浄用孔７を設ける。シャフト２
から差し込み端部４への移行部の軸線方向の距離ｘは差
し込み端部の外径Ｄにほぼ対応する。シャフト２には、
外径Ｄのｅ倍よりも小さい軸線方向長さＬを有して半径
方向に僅かに突出する鍔部９を設ける。削岩ドリル１の
長さ沿う平均残余横断面積Ａに関して、ｅ×Ｄより長い
軸線方向長さ部分の平均残余断面積Ａ′は最大で約２０
％逸脱するものとし、従って、差し込み端部４の領域に
おける平均残余断面積Ａ′はシャフト２の領域における
平均残余断面積よりも小さい。
【００２３】図３には、半径方向に掛合する回転伝達溝
５によって決定される円形リング状部分の全体的な残余
断面積１０は、回転伝達溝部分の全体的な断面積１１よ
りも大きく、半径方向掛合深さＴの算術平均で測った円
弧長Ｎは周方向に一様に対称的に分布した４個の回転伝
達溝５のπ／４よりも大きく、π／４よりも小さい残余
突起６の円弧長Ｒよりも大きい。
５によって決定される円形リング状部分の全体的な残余
断面積１０は、回転伝達溝部分の全体的な断面積１１よ
りも大きく、半径方向掛合深さＴの算術平均で測った円
弧長Ｎは周方向に一様に対称的に分布した４個の回転伝
達溝５のπ／４よりも大きく、π／４よりも小さい残余
突起６の円弧長Ｒよりも大きい。
【図１】 本発明による洗浄用孔を有する削岩ドリルの
側面図である。
側面図である。
【図２】 図１に示す洗浄用孔を有する削岩ドリルの差
し込み端部における縦断面図である。
し込み端部における縦断面図である。
【図３】 差し込み端部における横断面図である。
1 削岩ドリル 2 シャフト 3 尖端部 4 差し込み端部 5 回転伝達溝 6 残余突起 7 洗浄用孔 8 横孔 9 鍔部 10 残余断面積 11 断面積
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ヴェルネル ボンゲルス−アムブ ロシウス ドイツ国 81477 ミュンヘン ミノール シュトラーセ ２ (72)発明者 ウド ハウプトマン ドイツ国 86899 ランズベルク レッヒ カルクブレンネル シュトラーセ １ベ ー (72)発明者 ドクトル マルチン リヒテル ドイツ国 85354 フライシング クリシ ュシュトラーセ 17 Ｆターム(参考） 2D058 AA14 BA11
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも部分的に打撃運動及び回転運
動により岩石を掘削するため、細長のシャフト（２）
と、このシャフトの一方の端部側に配置した硬質材料の
尖端部（３）と、他方の端部側に配置して端面まで延在
する半径方向掛合用の回転伝達溝（５）を有する差し込
み端部（４）とを具え、前記シャフト（２）の長さに沿
って少なくとも部分的に延在する洗浄用孔（７）を設け
た削岩ドリルにおいて、回転伝達溝の切除した部分の合
計断面積（１１）を合計残余断面積（１０）よりも大き
くし、削岩ドリルの軸線方向の長い部分における平均の
残余断面積(Ａ）に関して、外径(Ｄ）のｅ倍よりも大き
い軸線方向長さ（Ｌ）における平均残余断面積（Ａ′）
を、１／２と２倍との間の範囲の値としたことを特徴と
する削岩ドリル。 - 【請求項２】 差し込み端部（４）の平均残余断面積
(Ａ′）をシャフト（２）の平均残余断面積よりも小さ
くした請求項１記載の削岩ドリル。 - 【請求項３】 回転伝達溝（５）の半径方向の掛合深さ
（Ｔ）の円弧長（Ｎ）の算術平均を残余突起（６）の最
大円弧長（Ｒ）よりも大きくした請求項１又は２記載の
削岩ドリル。 - 【請求項４】 回転伝達溝（５）を周方向に一様に対称
的に分布させた請求項１乃至３のうちのいずれか一項に
記載の削岩ドリル。 - 【請求項５】 ４個の回転伝達溝（５）を設けた請求項
１乃至４のうちのいずれか一項に記載の削岩ドリル。 - 【請求項６】 前記シャフト（２）の外面を滑らかな円
筒形状にした請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記
載の削岩ドリル。 - 【請求項７】 洗浄用孔（７）と回転伝達溝（５）との
間の軸線方向距離（ｘ）を直径Ｄのｅ倍よりも小さくし
た請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の削岩ド
リル。 - 【請求項８】 軸線方向の距離（ｘ）を直径の半分より
も長くした請求項７記載の削岩ドリル。 - 【請求項９】 シャフト（２）から差し込み端部（４）
に至る移行部に僅かに半径方向に突出する鍔部（９）を
設けた請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の削
岩ドリル。 - 【請求項１０】 前記鍔部（９）を洗浄用孔（７）の横
孔（８）の近傍及び／又は洗浄用孔（７）の軸線方向端
部の近傍に配置した請求項１乃至９のうちのいずれか一
項に記載の削岩ドリル。
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